CFRP-ის საბოლოო სახელმძღვანელო: ნახშირბადის ბოჭკოვანი გამაგრებული პლასტმასი/პოლიმერი

კომპოზიტური მასალების უწყვეტ განვითარებასთან ერთად, მინის ბოჭკოთი გამაგრებული პლასტმასის გარდა, გაჩნდა ნახშირბადის ბოჭკოთი გამაგრებული პლასტმასები, ბორის ბოჭკოთი გამაგრებული პლასტმასები და ა.შ. ნახშირბადის ბოჭკოთი გამაგრებული პოლიმერული კომპოზიტები (CFRP) მსუბუქი და მტკიცე მასალებია, რომლებიც გამოიყენება ჩვენს ყოველდღიურ ცხოვრებაში გამოყენებული მრავალი პროდუქტის დასამზადებლად. ეს არის ტერმინი, რომელიც გამოიყენება ბოჭკოთი გამაგრებული კომპოზიტური მასალების აღსაწერად, რომლებიც ნახშირბადის ბოჭკოებს იყენებენ, როგორც მთავარ სტრუქტურულ კომპონენტს.

შინაარსი:

1. ნახშირბადის ბოჭკოვანი გამაგრებული პოლიმერული სტრუქტურა
2. ნახშირბადის ბოჭკოვანი გამაგრებული პლასტმასის ჩამოსხმის მეთოდი
3. ნახშირბადის ბოჭკოვანი გამაგრებული პოლიმერის თვისებები
4. CFRP-ის უპირატესობები
5. CFRP-ის ნაკლოვანებები
6. ნახშირბადის ბოჭკოვანი გამაგრებული პლასტმასის გამოყენება

ნახშირბადის ბოჭკოვანი გამაგრებული პოლიმერული სტრუქტურა

ნახშირბადის ბოჭკოთი გამაგრებული პლასტმასი არის მასალა, რომელიც წარმოიქმნება ნახშირბადის ბოჭკოვანი მასალების გარკვეული მიმართულებით განლაგებით და შეკრული პოლიმერული მასალების გამოყენებით. ნახშირბადის ბოჭკოს დიამეტრი ძალიან წვრილია, დაახლოებით 7 მიკრონი, მაგრამ მისი სიმტკიცე უკიდურესად მაღალია.

ნახშირბადის ბოჭკოთი გამაგრებული კომპოზიტური მასალის ყველაზე ძირითადი შემადგენელი ერთეული ნახშირბადის ბოჭკოვანი ძაფია. ნახშირბადის ძაფის ძირითადი ნედლეული არის პრეპოლიმერული პოლიაკრილონიტრილი (PAN), რაიონი ან ნავთობის ფისი. ნახშირბადის ძაფები შემდეგ ნახშირბადის ბოჭკოვანი ნაწილებისთვის ქიმიური და მექანიკური მეთოდებით მზადდება ნახშირბადის ბოჭკოვანი ქსოვილების სახით.

შემაკავშირებელი პოლიმერი, როგორც წესი, თერმომყარი ფისია, მაგალითად, ეპოქსიდური ფისი. ზოგჯერ გამოიყენება სხვა თერმომყარი ან თერმოპლასტიკური პოლიმერები, როგორიცაა პოლივინილის აცეტატი ან ნეილონი. ნახშირბადის ბოჭკოების გარდა, კომპოზიტებს ასევე შეუძლიათ შეიცავდნენ არამიდ Q-ს, ულტრამაღალი მოლეკულური წონის პოლიეთილენს, ალუმინს ან მინის ბოჭკოებს. საბოლოო ნახშირბადის ბოჭკოვანი პროდუქტის თვისებებზე ასევე შეიძლება გავლენა იქონიოს შემაკავშირებელ მატრიცაში შეყვანილი დანამატების ტიპმა.

ნახშირბადის ბოჭკოვანი გამაგრებული პლასტმასის ჩამოსხმის მეთოდი

ნახშირბადის ბოჭკოვანი პროდუქტები ძირითადად განსხვავებულია სხვადასხვა პროცესების გამო. ნახშირბადის ბოჭკოვანი გამაგრებული პოლიმერული მასალების ფორმირების მრავალი მეთოდი არსებობს.

1. ხელით დაწყობის მეთოდი

იყოფა მშრალ მეთოდად (წინასწარ მომზადებული სახელოსნო) და სველ მეთოდად (ბოჭკოვანი ქსოვილი და ფისი წებოთი გამოსაყენებლად). ხელით დაწყობა ასევე გამოიყენება პრეპრეგების მოსამზადებლად მეორადი ჩამოსხმის პროცესებში, როგორიცაა შეკუმშვის ჩამოსხმა, გამოსაყენებლად. ამ მეთოდის დროს ნახშირბადის ბოჭკოვანი ქსოვილის ფურცლები ლამინირდება ყალიბზე საბოლოო პროდუქტის შესაქმნელად. შედეგად მიღებული მასალის სიმტკიცე და სიმყარის თვისებები ოპტიმიზირებულია ქსოვილის ბოჭკოების განლაგებისა და ქსოვის შერჩევით. შემდეგ ყალიბი ივსება ეპოქსიდური ფისით და გამაგრდება სითბოთი ან ჰაერით. წარმოების ეს მეთოდი ხშირად გამოიყენება არადაძაბული ნაწილებისთვის, როგორიცაა ძრავის გადასაფარებლები.

2. ვაკუუმური ფორმირების მეთოდი

ლამინირებული პრეპრეგისთვის აუცილებელია გარკვეული პროცესის მეშვეობით წნევის გამოყენება, რათა ის ყალიბთან ახლოს იყოს და გარკვეული ტემპერატურისა და წნევის ქვეშ გამაგრდეს და ჩამოყალიბდეს. ვაკუუმური ტომრის მეთოდი იყენებს ვაკუუმურ ტუმბოს ფორმირების ტომრის შიგნიდან გამოსადევნად ისე, რომ ტომარასა და ყალიბს შორის უარყოფითი წნევა ქმნის წნევას ისე, რომ კომპოზიტური მასალა ყალიბთან ახლოს იყოს.

ვაკუუმური პარკის მეთოდის საფუძველზე, ვაკუუმური პარკ-ავტოკლავის ფორმირების მეთოდი მოგვიანებით შეიქმნა. ავტოკლავები უზრუნველყოფენ უფრო მაღალ წნევას და თერმულად ამაგრებენ ნაწილს (ბუნებრივი გამაგრების ნაცვლად), ვიდრე მხოლოდ ვაკუუმური პარკის მეთოდები. ასეთ ნაწილს აქვს უფრო კომპაქტური სტრუქტურა, უკეთესი ზედაპირის ხარისხი, შეუძლია ეფექტურად მოაშოროს ჰაერის ბუშტები (ბუშტები მნიშვნელოვნად იმოქმედებს ნაწილის სიმტკიცეზე) და საერთო ხარისხი უფრო მაღალია. სინამდვილეში, ვაკუუმური პარკის დამზადების პროცესი მობილური ტელეფონის ფირის დაწებების მსგავსია. ჰაერის ბუშტების მოცილება მნიშვნელოვანი ამოცანაა.

3. შეკუმშვის ჩამოსხმის მეთოდი

კომპრესიული ჩამოსხმაარის ჩამოსხმის მეთოდი, რომელიც ხელს უწყობს მასობრივ და მასობრივ წარმოებას. ფორმები, როგორც წესი, მზადდება ზედა და ქვედა ნაწილებისგან, რომლებსაც ჩვენ მამრობით და მდედრობით ფორმას ვუწოდებთ. ჩამოსხმის პროცესი გულისხმობს პრეპრეგებისგან დამზადებული ხალიჩის ლითონის კონტრფორმაში მოთავსებას და გარკვეული ტემპერატურისა და წნევის ზემოქმედებით, ხალიჩა თბება და პლასტიფიცირდება ყალიბის ღრუში, მიედინება წნევის ქვეშ და ავსებს ყალიბის ღრუს, შემდეგ კი ყალიბდება და გაშრება პროდუქციის მისაღებად. თუმცა, ამ მეთოდს უფრო მაღალი საწყისი ღირებულება აქვს, ვიდრე წინა მეთოდებს, რადგან ფორმა მოითხოვს ძალიან მაღალი სიზუსტის CNC დამუშავებას.

4. გრაგნილი ჩამოსხმა

რთული ფორმის ან ბრუნვის ფორმის ნაწილებისთვის, ძაფის შემხვევი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნაწილის დასამზადებლად ძაფის ლილვზე ან ბირთვზე დახვევით. დახვევის დასრულების შემდეგ, გაშრობა და ლილვის ამოღება შესაძლებელია. მაგალითად, ამ მეთოდით შეიძლება დამზადდეს მილისებრი შეერთების მკლავები, რომლებიც გამოიყენება საკიდ სისტემებში.

5. ფისოვანი გადაცემის ჩამოსხმა

ფისის გადაცემის ჩამოსხმა (RTM) შედარებით პოპულარული ჩამოსხმის მეთოდია. მისი ძირითადი ეტაპებია:
1. მომზადებული, უხარისხო ნახშირბადის ბოჭკოვანი ქსოვილი მოათავსეთ ფორმაში და დახურეთ ფორმა.
2. მასში შეუშვით თხევადი თერმომყარი ფისი, გაჟღენთეთ გამაგრების მასალა და გაამშრალეთ.

ნახშირბადის ბოჭკოვანი გამაგრებული პოლიმერის თვისებები

(1) მაღალი სიმტკიცე და კარგი ელასტიურობა.

ნახშირბადის ბოჭკოს სპეციფიკური სიმტკიცე (ანუ დაჭიმვის სიმტკიცისა და სიმკვრივის თანაფარდობა) 6-ჯერ მეტია ფოლადისა და 17-ჯერ მეტია ალუმინისაზე. სპეციფიკური მოდული (ანუ იანგის მოდულისა და სიმკვრივის თანაფარდობა, რომელიც ობიექტის ელასტიურობის ნიშანია) 3-ჯერ მეტია ფოლადის ან ალუმინისაზე.

მაღალი სპეციფიკური სიმტკიცის გამო, მას შეუძლია გაუძლოს დიდ სამუშაო დატვირთვას. მისი მაქსიმალური სამუშაო წნევა შეიძლება მიაღწიოს 350 კგ/სმ2-ს. გარდა ამისა, ის უფრო შეკუმშვადი და ელასტიურია, ვიდრე სუფთა F-4 და მისი წნული.

(2) კარგი დაღლილობისა და ცვეთისადმი მდგრადობა.

მისი დაღლილობისადმი მდგრადობა გაცილებით მაღალია, ვიდრე ეპოქსიდური ფისისა და ლითონის მასალებისა. გრაფიტის ბოჭკოები თვითშეზეთვადია და ხახუნის მცირე კოეფიციენტი აქვთ. ცვეთის ხარისხი 5-10-ჯერ ნაკლებია, ვიდრე ზოგადი აზბესტის პროდუქტების ან F-4 ნაწნავების.

(3) კარგი თბოგამტარობა და სითბოს წინააღმდეგობა.

ნახშირბადის ბოჭკოთი გამაგრებულ პლასტმასებს კარგი თბოგამტარობა აქვთ და ხახუნის შედეგად წარმოქმნილი სითბო ადვილად იფანტება. შიდა ნაწილი ადვილად არ გადახურდება და სითბოს შენახვა არ შეუძლია და შეიძლება გამოყენებულ იქნას დინამიური დალუქვის მასალად. ჰაერში მას შეუძლია სტაბილურად იმუშაოს -120~350°C ტემპერატურის დიაპაზონში. ნახშირბადის ბოჭკოში ტუტე ლითონის შემცველობის შემცირებით, შესაძლებელია სამუშაო ტემპერატურის კიდევ უფრო გაზრდა. ინერტულ აირში მისი ადაპტირებადი ტემპერატურა შეიძლება მიაღწიოს დაახლოებით 2000°C-ს და გაუძლოს სიცივისა და სიცხის მკვეთრ ცვლილებებს.

(4) კარგი ვიბრაციისადმი მდგრადობა.

მისი რეზონანსი ან ფრიალი ადვილი არ არის და ის ასევე შესანიშნავი მასალაა ვიბრაციისა და ხმაურის შესამცირებლად.

CFRP-ის უპირატესობები

1. მსუბუქი წონა

ტრადიციული მინის ბოჭკოთი გამაგრებული პლასტმასები იყენებენ უწყვეტ მინის ბოჭკოებს და 70%-იან მინის ბოჭკოებს (მინის წონა/საერთო წონა) და, როგორც წესი, მათი სიმკვრივეა 0.065 ფუნტი კუბურ ინჩზე. იგივე 70%-იანი ბოჭკოვანი წონის მქონე CFRP კომპოზიტს, როგორც წესი, აქვს 0.055 ფუნტი კუბურ ინჩზე.

2. მაღალი სიმტკიცე

მიუხედავად იმისა, რომ ნახშირბადის ბოჭკოთი გამაგრებული პოლიმერები მსუბუქია, CFRP კომპოზიტებს მინის ბოჭკოვან კომპოზიტებთან შედარებით უფრო მაღალი სიმტკიცე და სიხისტე აქვთ წონის ერთეულზე. ლითონის მასალებთან შედარებით, ეს უპირატესობა უფრო აშკარაა.

CFRP-ის ნაკლოვანებები

1. მაღალი ღირებულება

ნახშირბადის ბოჭკოთი გამაგრებული პლასტმასის წარმოების ღირებულება უკიდურესად მაღალია. ნახშირბადის ბოჭკოს ფასები შეიძლება მკვეთრად განსხვავდებოდეს მიმდინარე საბაზრო პირობების (მიწოდება და მოთხოვნა), ნახშირბადის ბოჭკოს ტიპის (აერონავტიკა კომერციული კლასის წინააღმდეგ) და ბოჭკოების შეკვრის ზომის მიხედვით. ფუნტ-ფუნტზე გაანგარიშებით, პირველადი ნახშირბადის ბოჭკო შეიძლება 5-დან 25-ჯერ უფრო ძვირი იყოს, ვიდრე მინის ბოჭკო. ეს განსხვავება კიდევ უფრო დიდია ფოლადისა და CFRP-ის შედარებისას.
2. გამტარობა
ეს არის ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტური მასალების უპირატესობა და ნაკლი. ეს დამოკიდებულია გამოყენებაზე. ნახშირბადის ბოჭკოები უკიდურესად გამტარია, ხოლო მინის ბოჭკოები - იზოლაციისთვის. ბევრ პროდუქტში ნახშირბადის ბოჭკოს ან ლითონის ნაცვლად გამოიყენება მინაბოჭკოვანი მასალა, რადგან ისინი მკაცრ იზოლაციას საჭიროებენ. კომუნალური მომსახურების წარმოებაში, ბევრი პროდუქტი მოითხოვს მინის ბოჭკოების გამოყენებას.

ნახშირბადის ბოჭკოვანი გამაგრებული პლასტმასის გამოყენება

ნახშირბადის ბოჭკოვანი გამაგრებული პოლიმერის გამოყენება ფართოა, მექანიკური ნაწილებიდან სამხედრო მასალებამდე.

(1)როგორც დალუქვის შეფუთვა
ნახშირბადის ბოჭკოთი გამაგრებული PTFE მასალისგან შესაძლებელია კოროზიისადმი მდგრადი, ცვეთამედეგი და მაღალი ტემპერატურისადმი მდგრადი დალუქვის რგოლების ან შეფუთვის წარმოება. სტატიკური დალუქვისთვის გამოყენებისას, მისი მომსახურების ვადა 10-ჯერ მეტია, ვიდრე ჩვეულებრივი ზეთში ჩაძირული აზბესტის შეფუთვის. მას შეუძლია შეინარჩუნოს დალუქვის ეფექტურობა დატვირთვის ცვლილებების, სწრაფი გაგრილების და სწრაფი გათბობის დროს. და რადგან მასალა არ შეიცავს კოროზიულ ნივთიერებებს, ლითონზე არ წარმოიქმნება ორმოებიანი კოროზია.

(2)როგორც სახეხი ნაწილები
თვითშეზეთვადი თვისებების გამოყენებით, მისი გამოყენება შესაძლებელია საკისრებად, მექანიზმებად და დგუშის რგოლებად სპეციალური დანიშნულებისთვის. მაგალითად, ავიაციის ინსტრუმენტებისა და მაგნიტოფონებისთვის განკუთვნილი უზეთო შეზეთილი საკისრები, ელექტროგადამცემი დიზელის ლოკომოტივებისთვის განკუთვნილი უზეთო შეზეთილი მექანიზმები (ზეთის გაჟონვით გამოწვეული ავარიების თავიდან ასაცილებლად), კომპრესორებზე არსებული უზეთო შეზეთილი დგუშის რგოლები და ა.შ. გარდა ამისა, მისი არატოქსიკური მახასიათებლების გამოყენებით, მისი გამოყენება ასევე შესაძლებელია კვების და ფარმაცევტულ მრეწველობაში მოცურების საკისრების ან დალუქვის სახით.

(3) როგორც კონსტრუქციული მასალები აერონავტიკის, ავიაციისა და რაკეტებისთვის. თავდაპირველად იგი გამოიყენებოდა თვითმფრინავების წარმოებაში თვითმფრინავის წონის შესამცირებლად და ფრენის ეფექტურობის გასაუმჯობესებლად. იგი ასევე გამოიყენება ქიმიურ, ნავთობპროდუქტების, ელექტროენერგიის, მანქანათმშენებლობისა და სხვა მრეწველობებში, როგორც მბრუნავი ან ორმხრივი დინამიური დალუქვა ან სხვადასხვა სტატიკური დალუქვის მასალა.

ჟენგსი პროფესიონალიაჰიდრავლიკური პრესის ქარხანა ჩინეთში, რომელიც უზრუნველყოფს მაღალ ხარისხსკომპოზიტური ჰიდრავლიკური პრესაCFRP პროდუქტების ფორმირებისთვის.