संमिश्र पदार्थांच्या सततच्या विकासामुळे, ग्लास फायबर-प्रबलित प्लॅस्टिक व्यतिरिक्त, कार्बन फायबर-प्रबलित प्लॅस्टिक, बोरॉन फायबर-प्रबलित प्लॅस्टिक इत्यादी प्रकार उदयास आले आहेत. कार्बन फायबर प्रबलित पॉलिमर कंपोझिट्स (CFRP) हे वजनाने हलके आणि मजबूत पदार्थ आहेत, जे आपल्या दैनंदिन जीवनात वापरल्या जाणाऱ्या अनेक उत्पादनांच्या निर्मितीसाठी वापरले जातात. कार्बन फायबरचा मुख्य संरचनात्मक घटक म्हणून वापर करणाऱ्या फायबर-प्रबलित संमिश्र पदार्थांचे वर्णन करण्यासाठी ही संज्ञा वापरली जाते.
अनुक्रमणिका:
१. कार्बन फायबर प्रबलित पॉलिमर संरचना
२. कार्बन फायबर प्रबलित प्लास्टिकची मोल्डिंग पद्धत
३. कार्बन फायबर प्रबलित पॉलिमरचे गुणधर्म
४. सीएफआरपीचे फायदे
५. सीएफआरपीचे तोटे
६. कार्बन फायबर प्रबलित प्लास्टिकचे उपयोग
कार्बन फायबर प्रबलित पॉलिमर संरचना
कार्बन फायबर प्रबलित प्लास्टिक हे कार्बन फायबर सामग्रीची एका विशिष्ट दिशेने मांडणी करून आणि त्याला पॉलिमर सामग्री जोडून तयार केलेले एक साहित्य आहे. कार्बन फायबरचा व्यास अत्यंत पातळ, सुमारे ७ मायक्रॉन असतो, परंतु त्याची ताकद प्रचंड असते.
कार्बन फायबर प्रबलित संमिश्र पदार्थाचा सर्वात मूलभूत घटक कार्बन फायबर फिलामेंट आहे. कार्बन फिलामेंटचा मूलभूत कच्चा माल प्रीपॉलिमर पॉलिएक्रिलोनायट्राइल (PAN), रेयॉन किंवा पेट्रोलियम पिच आहे. त्यानंतर कार्बन फायबरच्या भागांसाठी, या कार्बन फिलामेंट्सपासून रासायनिक आणि यांत्रिक पद्धतींनी कार्बन फायबर कापड बनवले जाते.
बंधन पॉलिमर सामान्यतः इपॉक्सीसारखे थर्मोसेटिंग रेझिन असते. कधीकधी पॉलिव्हिनिल ॲसिटेट किंवा नायलॉनसारखे इतर थर्मोसेट किंवा थर्मोप्लास्टिक पॉलिमर वापरले जातात. कार्बन फायबर व्यतिरिक्त, कंपोझिटमध्ये अरामिड क्यू, अल्ट्रा-हाय मॉलिक्युलर वेट पॉलिथिलीन, ॲल्युमिनियम किंवा ग्लास फायबर देखील असू शकतात. अंतिम कार्बन फायबर उत्पादनाच्या गुणधर्मांवर बंधन मॅट्रिक्समध्ये समाविष्ट केलेल्या ॲडिटिव्हच्या प्रकाराचा देखील परिणाम होऊ शकतो.
कार्बन फायबर प्रबलित प्लास्टिकची मोल्डिंग पद्धत
कार्बन फायबर उत्पादने मुख्यत्वे वेगवेगळ्या प्रक्रियांमुळे भिन्न असतात. कार्बन फायबर प्रबलित पॉलिमर सामग्री तयार करण्याच्या अनेक पद्धती आहेत.
१. हँड ले-अप पद्धत
याचे विभाजन कोरडी पद्धत (दुकानात आधीच तयार केलेले) आणि ओल्या पद्धतीत (फायबर फॅब्रिक आणि रेझिन चिकटवून वापरणे) केले जाते. कॉम्प्रेशन मोल्डिंगसारख्या दुय्यम मोल्डिंग प्रक्रियांमध्ये वापरण्यासाठी प्रीप्रेग्स तयार करण्याकरिता हँड ले-अपचा वापर देखील केला जातो. या पद्धतीत, अंतिम उत्पादन तयार करण्यासाठी कार्बन फायबर कापडाचे थर एका साच्यावर लॅमिनेट केले जातात. कापडाच्या तंतूंची मांडणी आणि विणकाम निवडून तयार होणाऱ्या पदार्थाचे मजबुती आणि कडकपणाचे गुणधर्म अनुकूलित केले जातात. त्यानंतर साचा इपॉक्सीने भरला जातो आणि उष्णता किंवा हवेने पक्का केला जातो. ही उत्पादन पद्धत अनेकदा इंजिन कव्हर्ससारख्या, ज्या भागांवर ताण येत नाही अशा भागांसाठी वापरली जाते.
२. व्हॅक्यूम फॉर्मिंग पद्धत
लॅमिनेटेड प्रीप्रेगला साच्याच्या जवळ आणण्यासाठी आणि एका विशिष्ट तापमान व दाबाखाली त्याला क्युअर करून आकार देण्यासाठी, एका विशिष्ट प्रक्रियेद्वारे दाब देणे आवश्यक असते. व्हॅक्यूम बॅग पद्धतीमध्ये, तयार होणाऱ्या बॅगच्या आतील हवा बाहेर काढण्यासाठी व्हॅक्यूम पंपाचा वापर केला जातो, जेणेकरून बॅग आणि साच्यामध्ये नकारात्मक दाब निर्माण होऊन संमिश्र पदार्थ साच्याच्या जवळ येतो.
व्हॅक्यूम बॅग पद्धतीच्या आधारावर, नंतर व्हॅक्यूम बॅग-ऑटोक्लेव्ह निर्मिती पद्धत विकसित करण्यात आली. केवळ व्हॅक्यूम बॅग पद्धतींच्या तुलनेत, ऑटोक्लेव्हमध्ये जास्त दाब दिला जातो आणि भागाला (नैसर्गिकरित्या घट्ट होण्याऐवजी) उष्णतेने घट्ट केले जाते. अशा भागाची रचना अधिक एकसंध असते, पृष्ठभागाची गुणवत्ता उत्तम असते, हवेचे बुडबुडे प्रभावीपणे काढून टाकता येतात (बुडबुड्यांमुळे भागाच्या मजबुतीवर मोठा परिणाम होतो), आणि त्याची एकूण गुणवत्ताही उच्च असते. वास्तविक पाहता, व्हॅक्यूम बॅगिंगची प्रक्रिया मोबाईल फोनची फिल्म चिकटवण्याच्या प्रक्रियेसारखीच आहे. हवेचे बुडबुडे काढून टाकणे हे त्यातील एक प्रमुख काम आहे.
३. संपीडन मोल्डिंग पद्धत
कॉम्प्रेशन मोल्डिंगही एक मोल्डिंग पद्धत आहे जी मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन आणि निर्मितीसाठी अनुकूल आहे. मोल्ड सामान्यतः वरच्या आणि खालच्या भागांनी बनलेले असतात, ज्यांना आपण मेल मोल्ड आणि फिमेल मोल्ड म्हणतो. मोल्डिंग प्रक्रियेमध्ये, प्रीप्रेग्सपासून बनवलेली मॅट धातूच्या काउंटर मोल्डमध्ये ठेवली जाते आणि विशिष्ट तापमान व दाबाच्या प्रभावाखाली, ती मॅट मोल्डच्या पोकळीत गरम होऊन प्लॅस्टिकीकृत होते, दाबामुळे पसरते आणि मोल्डची पोकळी भरते. त्यानंतर उत्पादने मिळवण्यासाठी मोल्डिंग आणि क्युरिंग केले जाते. तथापि, या पद्धतीचा सुरुवातीचा खर्च पूर्वीच्या पद्धतींपेक्षा जास्त आहे, कारण मोल्डसाठी अत्यंत उच्च-सुस्पष्टतेच्या सीएनसी मशीनिंगची आवश्यकता असते.
४. वाइंडिंग मोल्डिंग
गुंतागुंतीच्या आकाराचे किंवा फिरत्या वस्तूच्या आकाराचे भाग बनवण्यासाठी, मँड्रेल किंवा कोअरवर फिलामेंट गुंडाळून तो भाग तयार करण्यासाठी फिलामेंट वायंडरचा वापर केला जाऊ शकतो. गुंडाळणी पूर्ण झाल्यावर मँड्रेल घट्ट करून काढून टाका. उदाहरणार्थ, सस्पेंशन सिस्टीममध्ये वापरले जाणारे ट्युब्युलर जॉइंट आर्म्स या पद्धतीने बनवता येतात.
५. रेझिन ट्रान्सफर मोल्डिंग
रेझिन ट्रान्सफर मोल्डिंग (RTM) ही एक तुलनेने लोकप्रिय मोल्डिंग पद्धत आहे. तिचे मूलभूत टप्पे खालीलप्रमाणे आहेत:
१. तयार केलेले कार्बन फायबर फॅब्रिक साच्यात ठेवा आणि साचा बंद करा.
२. त्यात द्रव थर्मोसेटिंग रेझिन इंजेक्ट करा, मजबुतीकरण साहित्य भिजवा आणि क्युअर करा.
कार्बन फायबर प्रबलित पॉलिमरचे गुणधर्म
(1) उच्च शक्ती आणि चांगली लवचिकता.
कार्बन फायबरची विशिष्ट शक्ती (म्हणजेच, ताणशक्ती आणि घनता यांचे गुणोत्तर) स्टीलपेक्षा ६ पट आणि ॲल्युमिनियमपेक्षा १७ पट जास्त असते. विशिष्ट मापांक (म्हणजेच, यंग मापांक आणि घनता यांचे गुणोत्तर, जे वस्तूच्या लवचिकतेचे द्योतक आहे) स्टील किंवा ॲल्युमिनियमपेक्षा ३ पटींपेक्षा जास्त असतो.
उच्च विशिष्ट शक्तीमुळे, ते मोठा कार्यकारी भार सहन करू शकते. त्याचा कमाल कार्यकारी दाब ३५० किलो/सेमी² पर्यंत पोहोचू शकतो. याव्यतिरिक्त, ते शुद्ध एफ-४ आणि त्याच्या वेणीपेक्षा अधिक संकुचित होण्यायोग्य आणि लवचिक आहे.
(2) चांगला थकवा प्रतिरोध आणि झीज प्रतिरोध.
त्याची थकवा-प्रतिकारशक्ती इपॉक्सी रेझिन आणि धातूच्या पदार्थांपेक्षा खूप जास्त आहे. ग्रॅफाइट तंतू स्व-वंगणयुक्त असतात आणि त्यांचा घर्षण गुणांक कमी असतो. त्यामुळे होणारी झीज सामान्य ॲस्बेस्टॉस उत्पादने किंवा एफ-४ ब्रेड्सच्या तुलनेत ५-१० पट कमी असते.
(3) चांगली औष्णिक वाहकता आणि उष्णता प्रतिरोधकता.
कार्बन फायबर प्रबलित प्लॅस्टिकमध्ये चांगली औष्णिक वाहकता असते आणि घर्षणाने निर्माण होणारी उष्णता सहजपणे बाहेर टाकली जाते. त्याचा आतील भाग सहजपणे जास्त गरम होत नाही किंवा उष्णता साठवत नाही आणि त्याचा उपयोग डायनॅमिक सीलिंग मटेरियल म्हणून केला जाऊ शकतो. हवेमध्ये, ते -१२०~३५०°C तापमानाच्या श्रेणीत स्थिरपणे कार्य करू शकते. कार्बन फायबरमधील अल्कली धातूंचे प्रमाण कमी केल्याने, त्याचे सेवा तापमान आणखी वाढवता येऊ शकते. निष्क्रिय वायूमध्ये, त्याचे अनुकूल तापमान सुमारे २०००°C पर्यंत पोहोचू शकते आणि ते थंडी व उष्णतेतील तीव्र बदलांना तोंड देऊ शकते.
(4) चांगला कंपन प्रतिरोध.
त्यात सहजपणे कंपन किंवा फडफड होत नाही, तसेच कंपने आणि आवाज कमी करण्यासाठीही हा एक उत्कृष्ट पदार्थ आहे.
सीएफआरपीचे फायदे
१. हलके वजन
पारंपारिक ग्लास फायबर प्रबलित प्लॅस्टिकमध्ये सलग ग्लास फायबर आणि ७०% ग्लास फायबर (ग्लासचे वजन/एकूण वजन) वापरले जातात आणि त्याची घनता सामान्यतः ०.०६५ पाउंड प्रति घन इंच असते. त्याच ७०% फायबर वजनाच्या सीएफआरपी कंपोझिटची घनता सामान्यतः ०.०५५ पाउंड प्रति घन इंच असते.
२. उच्च शक्ती
कार्बन फायबर प्रबलित पॉलिमर वजनाने हलके असले तरी, ग्लास फायबर कंपोझिट्सच्या तुलनेत सीएफआरपी कंपोझिट्समध्ये प्रति युनिट वजनानुसार अधिक मजबुती आणि अधिक कडकपणा असतो. धातूंच्या सामग्रीच्या तुलनेत हा फायदा अधिक स्पष्टपणे दिसून येतो.
सीएफआरपीचे तोटे
१. जास्त खर्च
कार्बन फायबर प्रबलित प्लास्टिकचा उत्पादन खर्च आवाक्याबाहेरचा असतो. सध्याच्या बाजारपेठेतील परिस्थिती (पुरवठा आणि मागणी), कार्बन फायबरचा प्रकार (एरोस्पेस विरुद्ध व्यावसायिक दर्जा) आणि फायबर बंडलचा आकार यांवर अवलंबून कार्बन फायबरच्या किमतींमध्ये मोठी तफावत असू शकते. वजनाच्या तुलनेत, व्हर्जिन कार्बन फायबर ग्लास फायबरपेक्षा ५ ते २५ पट अधिक महाग असू शकते. स्टीलची सीएफआरपीशी तुलना केल्यास हा फरक आणखी मोठा दिसून येतो.
२. वाहकता
कार्बन फायबर कंपोझिट मटेरियलचे हे फायदे आणि तोटे आहेत. हे त्याच्या उपयोगावर अवलंबून असते. कार्बन फायबर अत्यंत विद्युतवाहक असतात आणि ग्लास फायबर विद्युतरोधक असतात. अनेक उत्पादनांमध्ये कार्बन फायबर किंवा धातूऐवजी फायबरग्लासचा वापर केला जातो, कारण त्यांना कडक विद्युतरोधनाची आवश्यकता असते. उपयुक्त सेवांच्या उत्पादनात, अनेक उत्पादनांमध्ये ग्लास फायबरचा वापर आवश्यक असतो.
कार्बन फायबर प्रबलित प्लास्टिकचे उपयोग
कार्बन फायबर प्रबलित पॉलिमरचे उपयोग यांत्रिक भागांपासून ते लष्करी सामग्रीपर्यंत विविध क्षेत्रांमध्ये आहेत.
(1)सीलिंग पॅकिंग म्हणून
कार्बन फायबर प्रबलित PTFE मटेरियलपासून गंज-प्रतिरोधक, झीज-प्रतिरोधक आणि उच्च-तापमान-प्रतिरोधक सीलिंग रिंग्ज किंवा पॅकिंग बनवता येतात. स्थिर सीलिंगसाठी वापरल्यास, याचे सेवा आयुष्य सामान्य तेलात बुडवलेल्या ॲस्बेस्टॉस पॅकिंगपेक्षा १० पटींहून अधिक असते. हे मटेरियल लोडमधील बदल, जलद थंड होणे आणि जलद गरम होणे यांसारख्या परिस्थितीतही आपली सीलिंग कार्यक्षमता टिकवून ठेवू शकते. आणि या मटेरियलमध्ये गंजवणारे पदार्थ नसल्यामुळे, धातूवर खड्डे पडून गंज चढत नाही.
(2)ग्राइंडिंग भाग म्हणून
त्याच्या स्व-वंगण गुणधर्मांचा उपयोग करून, त्याचा वापर विशेष कामांसाठी बेअरिंग्ज, गिअर्स आणि पिस्टन रिंग्ज म्हणून केला जाऊ शकतो. जसे की, विमानचालन उपकरणे आणि टेप रेकॉर्डर्ससाठी तेल-विरहित वंगणयुक्त बेअरिंग्ज, इलेक्ट्रिक ट्रान्समिशन डिझेल लोकोमोटिव्हसाठी तेल-विरहित वंगणयुक्त गिअर्स (तेलाच्या गळतीमुळे होणारे अपघात टाळण्यासाठी), कंप्रेसरवरील तेल-विरहित वंगणयुक्त पिस्टन रिंग्ज इत्यादी. याव्यतिरिक्त, त्याच्या बिनविषारी वैशिष्ट्यांचा फायदा घेऊन, अन्न आणि औषधनिर्माण उद्योगांमध्ये त्याचा वापर स्लायडिंग बेअरिंग्ज किंवा सील्स म्हणूनही केला जाऊ शकतो.
(3) एरोस्पेस, विमानचालन आणि क्षेपणास्त्रांसाठी संरचनात्मक सामग्री म्हणून. विमानाचे वजन कमी करण्यासाठी आणि उड्डाण कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी याचा वापर सर्वप्रथम विमान निर्मितीमध्ये करण्यात आला. तसेच याचा वापर रासायनिक, पेट्रोलियम, विद्युत ऊर्जा, यंत्रसामग्री आणि इतर उद्योगांमध्ये रोटरी किंवा रेसिप्रोकेटिंग डायनॅमिक सील किंवा विविध स्टॅटिक सील सामग्री म्हणून केला जातो.
झेंगझी एक व्यावसायिक आहेचीनमधील हायड्रॉलिक प्रेस फॅक्टरीउच्च दर्जा प्रदान करणेसंमिश्र हायड्रॉलिक प्रेससीएफआरपी उत्पादने तयार करण्यासाठी.
पोस्ट करण्याची वेळ: २५ मे २०२३
