Композиттік материалдардың үздіксіз дамуымен шыны талшықтарымен күшейтілген пластмассалардан басқа, көміртекті талшықтарымен күшейтілген пластмассалар, бор талшықтарымен күшейтілген пластмассалар және т.б. пайда болды. Көміртекті талшықтарымен күшейтілген полимерлі композиттер (КТПК) - күнделікті өмірімізде қолданатын көптеген өнімдерді өндіру үшін қолданылатын жеңіл және берік материалдар. Бұл негізгі құрылымдық компонент ретінде көміртекті талшықтарды пайдаланатын талшықтарымен күшейтілген композиттік материалдарды сипаттау үшін қолданылатын термин.
Мазмұн кестесі:
1. Көміртекті талшықпен күшейтілген полимер құрылымы
2. Көміртекті талшықпен арматураланған пластикті қалыптау әдісі
3. Көміртекті талшықпен күшейтілген полимердің қасиеттері
4. CFRP артықшылықтары
5. CFRP кемшіліктері
6. Көміртекті талшықтармен нығайтылған пластиктің қолданылуы
Көміртекті талшықпен күшейтілген полимер құрылымы
Көміртекті талшықпен күшейтілген пластик - көміртекті талшық материалдарын белгілі бір бағытта орналастыру және байланысқан полимер материалдарын пайдалану арқылы жасалған материал. Көміртекті талшықтың диаметрі өте жұқа, шамамен 7 микрон, бірақ оның беріктігі өте жоғары.
Көміртекті талшықпен күшейтілген композиттік материалдың ең негізгі құрамдас бөлігі - көміртекті талшық жіпшесі. Көміртекті жіпшесі негізгі шикізаты - преполимерлі полиакрилонитрил (PAN), вискоза немесе мұнай шайыры. Содан кейін көміртекті жіпшелер көміртекті талшық бөлшектеріне арналған химиялық және механикалық әдістермен көміртекті талшық маталарына айналады.
Байланыстырушы полимер әдетте эпоксидті шайыр сияқты термореактивті шайыр болып табылады. Кейде поливинилацетат немесе нейлон сияқты басқа термореактивті немесе термопластикалық полимерлер қолданылады. Көміртекті талшықтардан басқа, композиттердің құрамында арамид Q, аса жоғары молекулалық салмақтағы полиэтилен, алюминий немесе шыны талшықтар да болуы мүмкін. Соңғы көміртекті талшық өнімінің қасиеттеріне байланыстырушы матрицаға енгізілетін қоспалардың түрі де әсер етуі мүмкін.
Көміртекті талшықпен арматураланған пластикті қалыптау әдісі
Көміртекті талшық өнімдері негізінен әртүрлі процестерге байланысты ерекшеленеді. Көміртекті талшықпен күшейтілген полимер материалдарын қалыптастырудың көптеген әдістері бар.
1. Қолмен төсеу әдісі
Құрғақ әдіс (алдын ала дайындалған цех) және дымқыл әдіс (талшықты мата мен шайырды пайдалану үшін желімдеу) болып бөлінеді. Қолмен төсеу сонымен қатар қысу қалыптау сияқты екінші реттік қалыптау процестерінде қолдануға арналған препрегтерді дайындау үшін де қолданылады. Бұл әдіс көміртекті талшықты мата парақтарын соңғы өнімді қалыптастыру үшін қалыпқа ламинаттауды қамтиды. Алынған материалдың беріктігі мен қаттылық қасиеттері мата талшықтарының туралануы мен тоқуын таңдау арқылы оңтайландырылады. Содан кейін қалып эпоксидті шайырмен толтырылады және жылумен немесе ауамен кептіріледі. Бұл өндіріс әдісі көбінесе қозғалтқыш қақпақтары сияқты кернеусіз бөлшектер үшін қолданылады.
2. Вакуумдық қалыптау әдісі
Ламинатталған препрег үшін оны қалыпқа жақын ету және белгілі бір температура мен қысым астында кебу және пішіндеу үшін белгілі бір процесс арқылы қысым жасау қажет. Вакуумдық қап әдісі қалыптау қапшығының ішін босату үшін вакуумдық сорғыны пайдаланады, осылайша қапшық пен қалып арасындағы теріс қысым композиттік материал қалыпқа жақын болатындай қысым жасайды.
Вакуумдық қапшық әдісінің негізінде вакуумдық қапшық-автоклавты қалыптастыру әдісі кейінірек пайда болды. Автоклавтар тек вакуумдық қапшық әдістеріне қарағанда бөлшекті жоғары қысыммен және термиялық өңдеумен қамтамасыз етеді (табиғи өңдеудің орнына). Мұндай бөлшектің құрылымы ықшам, бетінің сапасы жақсы, ауа көпіршіктерін тиімді түрде жоя алады (көпіршіктер бөлшектің беріктігіне қатты әсер етеді) және жалпы сапасы жоғарырақ. Шын мәнінде, вакуумдық қапшықтау процесі ұялы телефон пленкасының жабысуына ұқсас. Ауа көпіршіктерін жою - маңызды міндет.
3. Сығымдау қалыптау әдісі
Сығымдау арқылы қалыптаужаппай өндіруге және жаппай өндіруге қолайлы қалыптау әдісі болып табылады. Қалыптар әдетте жоғарғы және төменгі бөліктерден жасалады, оларды біз еркек қалып және аналық қалып деп атаймыз. Қалыптау процесі препрегтерден жасалған төсенішті металл қарсы қалыпқа салудан тұрады, ал белгілі бір температура мен қысымның әсерінен төсеніш қалып қуысында қыздырылып, пластификацияланады, қысыммен ағып, қалып қуысын толтырады, содан кейін өнімдер алу үшін қалыптау және қатайту жүргізіледі. Дегенмен, бұл әдіс алдыңғы әдіске қарағанда жоғары бастапқы құнына ие, себебі қалып өте жоғары дәлдіктегі CNC өңдеуді қажет етеді.
4. Орама қалыптау
Күрделі пішінді немесе айналу корпусы пішінді бөлшектер үшін жіпті орағышты пайдаланып, жіпті оққа немесе өзекке орап, бөлшекті жасауға болады. Орағаннан кейін толық кеуіп, оққап алынып тасталады. Мысалы, аспалы жүйелерде қолданылатын түтікшелі қосылыс иіндерін осы әдіспен жасауға болады.
5. Шайырмен тасымалдау қалыптау
Шайырмен тасымалдау (RTM) - салыстырмалы түрде танымал қалыптау әдісі. Оның негізгі қадамдары:
1. Дайындалған нашар көміртекті талшық матасын қалыпқа салып, қалып жабыңыз.
2. Оған сұйық термореактивті шайыр құйыңыз, арматуралық материалды сіңдіріңіз және қатайтыңыз.
Көміртекті талшықпен күшейтілген полимердің қасиеттері
(1) Жоғары беріктік және жақсы серпімділік.
Көміртекті талшықтың меншікті беріктігі (яғни, созылу беріктігінің тығыздыққа қатынасы) болатқа қарағанда 6 есе, ал алюминийге қарағанда 17 есе жоғары. Меншікті модуль (яғни, заттың серпімділігінің белгісі болып табылатын Янг модулінің тығыздыққа қатынасы) болат немесе алюминийге қарағанда 3 еседен астам.
Жоғары меншікті беріктігімен ол үлкен жұмыс жүктемесін көтере алады. Оның максималды жұмыс қысымы 350 кг/см2 жетуі мүмкін. Сонымен қатар, ол таза F-4 және оның өріміне қарағанда сығылатын және серпімді.
(2) Жақсы шаршауға төзімділік және тозуға төзімділік.
Оның шаршауға төзімділігі эпоксидті шайырға қарағанда әлдеқайда жоғары және металл материалдарға қарағанда жоғары. Графит талшықтары өздігінен майланады және үйкеліс коэффициенті аз. Тозу мөлшері жалпы асбест өнімдеріне немесе F-4 өрімдеріне қарағанда 5-10 есе аз.
(3) Жақсы жылу өткізгіштік және ыстыққа төзімділік.
Көміртекті талшықпен күшейтілген пластмассалар жақсы жылу өткізгіштікке ие, ал үйкеліс кезінде пайда болатын жылу оңай таралады. Ішкі бөлігін қыздыру және жылуды сақтау оңай емес және оны динамикалық тығыздағыш материал ретінде пайдалануға болады. Ауада ол -120 ~ 350°C температура диапазонында тұрақты жұмыс істей алады. Көміртекті талшықтағы сілтілік металл мөлшерінің төмендеуімен жұмыс температурасы одан әрі жоғарылауы мүмкін. Инертті газда оның бейімделгіш температурасы шамамен 2000°C жетуі мүмкін және ол суық пен ыстықтың күрт өзгеруіне төтеп бере алады.
(4) Жақсы дірілге төзімділік.
Оны резонансқа түсіру немесе дірілдеу оңай емес, сонымен қатар дірілді азайту және шуды азайту үшін тамаша материал.
CFRP артықшылықтары
1. Жеңіл салмақ
Дәстүрлі шыны талшықпен күшейтілген пластмассалар үздіксіз шыны талшықтарын және 70% шыны талшықтарын (шыны салмағы/жалпы салмағы) пайдаланады және әдетте тығыздығы текше дюймге 0,065 фунт құрайды. Дәл осындай 70% талшық салмағы бар CFRP композитінің тығыздығы әдетте текше дюймге 0,055 фунт құрайды.
2. Жоғары беріктік
Көміртекті талшықпен күшейтілген полимерлер жеңіл болғанымен, CFRP композиттері шыны талшықты композиттерге қарағанда жоғары беріктікке және бірлік салмаққа шаққандағы қаттылыққа ие. Металл материалдармен салыстырғанда бұл артықшылық айқынырақ.
CFRP кемшіліктері
1. Жоғары баға
Көміртекті талшықпен күшейтілген пластиктің өндірістік құны өте жоғары. Көміртекті талшықтың бағасы қазіргі нарықтық жағдайларға (ұсыныс пен сұраныс), көміртекті талшықтың түріне (әуе-ғарыштық және коммерциялық марка) және талшық байламының өлшеміне байланысты айтарлықтай өзгеруі мүмкін. Фунт-фунт негізінде таза көміртекті талшық шыны талшыққа қарағанда 5-тен 25 есеге дейін қымбат болуы мүмкін. Бұл айырмашылық болатты CFRP-мен салыстырғанда одан да үлкен.
2. Өткізгіштік
Бұл көміртекті талшықтардан жасалған композиттік материалдардың артықшылығы мен кемшілігі. Бұл қолданылуына байланысты. Көміртекті талшықтар өте өткізгіш, ал шыны талшықтар оқшаулағыш болып табылады. Көптеген өнімдер көміртекті талшықтың немесе металлдың орнына шыны талшықты пайдаланады, себебі олар қатаң оқшаулауды қажет етеді. Коммуналдық қызметтер өндірісінде көптеген өнімдер шыны талшықтарды пайдалануды талап етеді.
Көміртекті талшықпен күшейтілген пластиктің қолданылуы
Көміртекті талшықпен күшейтілген полимердің қолданылуы механикалық бөлшектерден бастап әскери материалдарға дейін кең ауқымды.
(1)тығыздағыш ретінде
Көміртекті талшықпен күшейтілген PTFE материалынан коррозияға төзімді, тозуға төзімді және жоғары температураға төзімді тығыздағыш сақиналар немесе қаптамалар жасауға болады. Статикалық тығыздау үшін қолданылған кезде, қызмет ету мерзімі ұзағырақ, жалпы майға батырылған асбест қаптамасына қарағанда 10 еседен астам ұзағырақ. Ол жүктеме өзгерістері мен тез салқындату және тез қыздыру кезінде тығыздау өнімділігін сақтай алады. Ал материалда коррозиялық заттар болмағандықтан, металда шұңқырлы коррозия пайда болмайды.
(2)ұнтақтау бөлшектері ретінде
Өздігінен майланатын қасиеттерін пайдалана отырып, оны арнайы мақсаттарда мойынтіректер, берілістер және поршень сақиналары ретінде пайдалануға болады. Мысалы, авиациялық аспаптар мен магнитофондарға арналған майсыз майланған мойынтіректер, электр беріліс дизельді локомотивтеріне арналған майсыз майланған берілістер (май ағып кетуінен болатын апаттарды болдырмау үшін), компрессорлардағы майсыз майланған поршень сақиналары және т.б. Сонымен қатар, оны улы емес сипаттамаларын пайдалану арқылы тамақ және фармацевтика өнеркәсібінде сырғанау мойынтіректер немесе тығыздағыштар ретінде де пайдалануға болады.
(3) Аэроғарыш, авиация және зымырандарға арналған құрылымдық материалдар ретінде. Ол алғаш рет ұшақ өндірісінде ұшақтың салмағын азайту және ұшу тиімділігін арттыру үшін қолданылды. Сондай-ақ, ол химия, мұнай, электр энергетикасы, машина жасау және басқа да салаларда айналмалы немесе өзара әрекеттесетін динамикалық тығыздағыш немесе әртүрлі статикалық тығыздағыш материалдары ретінде қолданылады.
Чжэнси - кәсіби маманҚытайдағы гидравликалық пресс зауыты, жоғары сапалы қамтамасыз етедікомпозиттік гидравликалық прессCFRP өнімдерін қалыптастыру үшін.
Жарияланған уақыты: 2023 жылғы 25 мамыр
