Краен водич за CFRP: Пластика/полимер зајакната со јаглеродни влакна

Со континуираниот развој на композитните материјали, покрај пластиката зајакната со стаклени влакна, се појавија и пластика зајакната со јаглеродни влакна, пластика зајакната со борни влакна итн. Полимерните композити зајакнати со јаглеродни влакна (CFRP) се лесни и цврсти материјали што се користат за производство на многу производи што ги користиме во секојдневниот живот. Тоа е термин што се користи за да се опишат композитни материјали зајакнати со влакна што користат јаглеродни влакна како главна структурна компонента.

Содржина:

1. Структура од полимер зајакната со јаглеродни влакна
2. Метод на лиење на пластика зајакната со јаглеродни влакна
3. Својства на полимер зајакнат со јаглеродни влакна
4. Предности на CFRP
5. Недостатоци на CFRP
6. Употреба на пластика зајакната со јаглеродни влакна

Структура од полимер зајакната со јаглеродни влакна

Пластиката зајакната со јаглеродни влакна е материјал формиран со распоредување на материјалите од јаглеродни влакна во одредена насока и со употреба на врзани полимерни материјали. Дијаметарот на јаглеродните влакна е исклучително тенок, околу 7 микрони, но нивната цврстина е исклучително висока.

Најосновната составна единица на композитен материјал зајакнат со јаглеродни влакна е филаментот од јаглеродни влакна. Основната суровина на јаглеродниот филамент е преполимер полиакрилонитрил (PAN), вискоза или нафтен смола. Јаглеродните филаменти потоа се претвораат во ткаенини од јаглеродни влакна со хемиски и механички методи за делови од јаглеродни влакна.

Врзувачкиот полимер е обично термореактивна смола како што е епоксидна смола. Понекогаш се користат и други термореактивни или термопластични полимери, како што се поливинил ацетат или најлон. Покрај јаглеродните влакна, композитите можат да содржат и арамид Q, полиетилен со ултра висока молекуларна тежина, алуминиум или стаклени влакна. Својствата на финалниот производ од јаглеродни влакна можат да бидат под влијание и на видот на адитиви внесени во матрицата за врзување.

Метод на лиење на пластика зајакната со јаглеродни влакна

Производите од јаглеродни влакна се разликуваат главно поради различните процеси. Постојат многу методи за формирање полимерни материјали зајакнати со јаглеродни влакна.

1. Метод на рачно поставување

Поделен е на сув метод (претходно подготвена работилница) и влажен метод (влакнеста ткаенина и смола залепени за употреба). Рачното поставување се користи и за подготовка на препрег за употреба во секундарни процеси на лиење, како што е компресиско лиење. Овој метод е метод каде што листови од ткаенина од јаглеродни влакна се ламинираат на калап за да се формира финалниот производ. Карактеристиките на цврстината и цврстината на добиениот материјал се оптимизираат со избирање на порамнувањето и ткаењето на влакната од ткаенината. Потоа калапот се полни со епоксидна смола и се стврднува со топлина или воздух. Овој метод на производство често се користи за делови кои не се под стрес, како што се капаците на моторот.

2. Метод на вакуумско формирање

За ламинираниот препрег, потребно е да се примени притисок преку одреден процес за да се приближи до калапот и да се стврдне и обликува под одредена температура и притисок. Методот со вакуумска вреќа користи вакуум пумпа за да ја испразни внатрешноста на обликувачката вреќа, така што негативниот притисок помеѓу вреќата и калапот формира притисок така што композитниот материјал е блиску до калапот.

Врз основа на методот со вакуумска кеса, методот на формирање со вакуумска кеса-автоклав е изведен подоцна. Автоклавите обезбедуваат поголем притисок и го стврднуваат делот со топлина (наместо природно стврднување) од методите само со вакуумска кеса. Таквиот дел има покомпактна структура, подобар квалитет на површината, може ефикасно да ги елиминира воздушните меурчиња (меурчињата во голема мера ќе влијаат на цврстината на делот), а целокупниот квалитет е повисок. Всушност, процесот на вакуумско пакување е сличен на оној на лепење фолија за мобилни телефони. Елиминирањето на воздушните меурчиња е главна задача.

3. Метод на лиење со компресија

Компресионо обликувањее метод на лиење кој е погоден за масовно производство и масовно производство. Калапите обично се прават од горни и долни делови, што ги нарекуваме машки калап и женски калап. Процесот на лиење се состои во ставање на подлогата направена од препрег во металниот калап за контра, и под дејство на одредена температура и притисок, подлогата се загрева и пластифицира во шуплината на калапот, тече под притисок и ја исполнува шуплината на калапот, а потоа се лие и стврднува за да се добијат производи. Сепак, овој метод има повисока почетна цена од претходните, бидејќи калапот бара многу прецизна CNC обработка.

4. Калапи за намотување

За делови со сложени форми или во облик на тело на ротација, може да се користи намотувач на филаменти за да се направи делот со намотување на филаментот на трн или јадро. Откако ќе се намотува целосно, стврднете го и отстранете го трнот. На пример, цевчести зглобни краци што се користат во системите за суспензија може да се направат со користење на овој метод.

5. Калапи со пренос на смола

Калапот со пренос на смола (RTM) е релативно популарен метод на калапирање. Неговите основни чекори се:
1. Ставете ја подготвената ткаенина од лоши јаглеродни влакна во калапот и затворете го калапот.
2. Вбризгувајте течна термореактивна смола во неа, импрегнирајте го зајакнувачкиот материјал и стврднете.

Својства на полимер зајакнат со јаглеродни влакна

(1) Висока цврстина и добра еластичност.

Специфичната цврстина (односно, односот на затегнувачката цврстина кон густината) на јаглеродните влакна е 6 пати поголема од онаа на челикот и 17 пати поголема од онаа на алуминиумот. Специфичниот модул (односно, односот на Јанговиот модул кон густината, што е знак за еластичноста на објектот) е повеќе од 3 пати поголем од оној на челикот или алуминиумот.

Со висока специфична цврстина, може да издржи голем работен товар. Неговиот максимален работен притисок може да достигне 350 kg/cm2. Покрај тоа, е постислив и поотпорен од чистиот F-4 и неговата плетенка.

(2) Добра отпорност на замор и отпорност на абење.

Неговата отпорност на замор е многу поголема од онаа на епоксидната смола и повисока од онаа на металните материјали. Графитните влакна се самоподмачкувачки и имаат мал коефициент на триење. Количината на абење е 5-10 пати помала од онаа на општите азбестни производи или F-4 плетенки.

(3) Добра топлинска спроводливост и отпорност на топлина.

Пластиката зајакната со јаглеродни влакна има добра топлинска спроводливост, а топлината генерирана од триење лесно се распрснува. Внатрешноста не е лесна за прегревање и складирање на топлина и може да се користи како динамичен материјал за запечатување. Во воздух, може стабилно да работи во температурен опсег од -120~350°C. Со намалување на содржината на алкални метали во јаглеродните влакна, работната температура може дополнително да се зголеми. Во инертен гас, неговата прилагодлива температура може да достигне околу 2000°C и може да издржи нагли промени на студ и топлина.

(4) Добра отпорност на вибрации.

Не е лесно да резонира или трепери, а е и одличен материјал за намалување на вибрациите и намалување на бучавата.

Предности на CFRP

1. Лесна тежина

Традиционалните пластики зајакнати со стаклени влакна користат континуирани стаклени влакна и 70% стаклени влакна (тежина на стаклото/вкупна тежина) и обично имаат густина од 0,065 фунти на кубен инч. CFRP композит со иста тежина на влакна од 70% обично има густина од 0,055 фунти на кубен инч.

2. Висока јачина

Иако полимерите зајакнати со јаглеродни влакна се лесни, CFRP композитите имаат поголема цврстина и поголема крутост по единица тежина од композитите од стаклени влакна. Во споредба со металните материјали, оваа предност е поочигледна.

Недостатоци на CFRP

1. Висока цена

Цената на производство на пластика зајакната со јаглеродни влакна е превисока. Цените на јаглеродните влакна можат драматично да варираат во зависност од моменталните пазарни услови (понуда и побарувачка), видот на јаглеродни влакна (воздухопловно наспроти комерцијално) и големината на снопот влакна. Споредено со фунтата, необработените јаглеродни влакна можат да бидат од 5 до 25 пати поскапи од стаклените влакна. Оваа разлика е уште поголема кога се споредува челикот со CFRP.
2. Спроводливост
Ова е предноста и недостатокот на композитните материјали од јаглеродни влакна. Зависи од примената. Јаглеродните влакна се екстремно спроводливи, а стаклените влакна се изолациски. Многу производи користат фиберглас наместо јаглеродни влакна или метал бидејќи бараат строга изолација. Во производството на комунални услуги, многу производи бараат употреба на стаклени влакна.

Употреба на пластика зајакната со јаглеродни влакна

Примените на полимер зајакнат со јаглеродни влакна се широки, од механички делови до воени материјали.

(1)како запечатувачко пакување
PTFE материјалот зајакнат со јаглеродни влакна може да се претвори во заптивни прстени или пакувања отпорни на корозија, абење и високи температури. Кога се користи за статичко заптивање, работниот век е подолг, повеќе од 10 пати подолг од оној на општото азбестно пакување потопено во масло. Може да ги одржи перформансите на заптивање при промени на оптоварувањето и брзо ладење и брзо загревање. А бидејќи материјалот не содржи корозивни супстанции, нема да се појави вдлабната корозија на металот.

(2)како делови за мелење
Користејќи ги своите самоподмачкувачки својства, може да се користи како лежишта, запчаници и клипни прстени за специјални намени. Како што се подмачкувани лежишта без масло за авијациски инструменти и касетофони, подмачкувани запчаници без масло за дизел локомотиви со електричен пренос (за да се избегнат несреќи предизвикани од истекување на масло), подмачкувани клипни прстени без масло на компресори итн. Покрај тоа, може да се користи и како лизгачки лежишта или заптивки во прехранбената и фармацевтската индустрија, искористувајќи ги неговите нетоксични карактеристики.

(3) Како структурни материјали за воздухопловство, авијација и ракети. Првпат се користел во производството на авиони за да се намали тежината на авионот и да се подобри ефикасноста на летот. Исто така се користи во хемиската, нафтената, електричната енергија, машинската и други индустрии како ротационо или реципрочно динамичко заптивање или разни статички материјали за заптивање.

Женгси е професионалецфабрика за хидраулични преси во Кина, обезбедувајќи висок квалитеткомпозитна хидраулична пресаза формирање на CFRP производи.