Dengan perkembangan berterusan bahan komposit, selain plastik bertetulang gentian kaca, plastik bertetulang gentian karbon, plastik bertetulang gentian boron, dan sebagainya telah muncul. Komposit polimer bertetulang gentian karbon (CFRP) ialah bahan ringan dan kuat yang digunakan untuk mengeluarkan banyak produk yang kita gunakan dalam kehidupan seharian kita. Ia merupakan istilah yang digunakan untuk menggambarkan bahan komposit bertetulang gentian yang menggunakan gentian karbon sebagai komponen struktur utama.
Isi Kandungan:
1. Struktur Polimer Bertetulang Serat Karbon
2. Kaedah Pengacuan Plastik Bertetulang Serat Karbon
3. Sifat-sifat Polimer Bertetulang Serat Karbon
4. Kelebihan CFRP
5. Kelemahan CFRP
6. Kegunaan Plastik Bertetulang Serat Karbon
Struktur Polimer Bertetulang Serat Karbon
Plastik bertetulang gentian karbon ialah bahan yang dibentuk dengan menyusun bahan gentian karbon dalam arah tertentu dan menggunakan bahan polimer terikat. Diameter gentian karbon sangat nipis, kira-kira 7 mikron, tetapi kekuatannya sangat tinggi.
Unit konstituen paling asas bagi bahan komposit bertetulang gentian karbon ialah filamen gentian karbon. Bahan mentah asas filamen karbon ialah poliakrilonitril prapolimer (PAN), rayon atau pic petroleum. Filamen karbon kemudiannya dibuat menjadi fabrik gentian karbon melalui kaedah kimia dan mekanikal untuk bahagian gentian karbon.
Polimer pengikat biasanya merupakan resin termoset seperti epoksi. Termoset atau polimer termoplastik lain kadangkala digunakan, seperti polivinil asetat atau nilon. Selain gentian karbon, komposit juga boleh mengandungi aramid Q, polietilena berat molekul ultra tinggi, aluminium atau gentian kaca. Sifat-sifat produk gentian karbon akhir juga boleh dipengaruhi oleh jenis bahan tambahan yang dimasukkan ke dalam matriks ikatan.
Kaedah Pengacuan Plastik Bertetulang Serat Karbon
Produk gentian karbon terutamanya berbeza disebabkan oleh proses yang berbeza. Terdapat banyak kaedah untuk membentuk bahan polimer bertetulang gentian karbon.
1. Kaedah Lay-up Tangan
Terbahagi kepada kaedah kering (bengkel pra-sedia) dan kaedah basah (fabrik gentian dan resin dilekatkan untuk digunakan). Lay-up tangan juga digunakan untuk menyediakan prepreg untuk digunakan dalam proses pengacuan sekunder seperti pengacuan mampatan. Kaedah ini adalah di mana kepingan kain gentian karbon dilaminasi pada acuan untuk membentuk produk akhir. Sifat kekuatan dan kekakuan bahan yang terhasil dioptimumkan dengan memilih penjajaran dan tenunan gentian fabrik. Acuan kemudiannya diisi dengan epoksi dan dikeringkan dengan haba atau udara. Kaedah pembuatan ini sering digunakan untuk bahagian yang tidak tertekan, seperti penutup enjin.
2. Kaedah Pembentukan Vakum
Bagi prepreg berlamina, adalah perlu untuk mengenakan tekanan melalui proses tertentu untuk menjadikannya dekat dengan acuan dan untuk mengeras serta membentuknya di bawah suhu dan tekanan tertentu. Kaedah beg vakum menggunakan pam vakum untuk mengosongkan bahagian dalam beg pembentuk supaya tekanan negatif antara beg dan acuan membentuk tekanan supaya bahan komposit dekat dengan acuan.
Berdasarkan kaedah beg vakum, kaedah pembentukan beg vakum-autoklaf telah dihasilkan kemudian. Autoklaf memberikan tekanan yang lebih tinggi dan pengawetan haba pada bahagian tersebut (berbanding pengawetan semula jadi) berbanding kaedah beg vakum sahaja. Bahagian sedemikian mempunyai struktur yang lebih padat, kualiti permukaan yang lebih baik, dapat menghapuskan gelembung udara dengan berkesan (gelembung akan sangat mempengaruhi kekuatan bahagian), dan kualiti keseluruhannya lebih tinggi. Malah, proses pembungkusan vakum adalah serupa dengan pelekatan filem telefon bimbit. Menghilangkan gelembung udara adalah tugas utama.
3. Kaedah Pengacuan Mampatan
Acuan mampatanadalah kaedah pengacuan yang kondusif untuk pengeluaran besar-besaran dan pengeluaran besar-besaran. Acuan biasanya diperbuat daripada bahagian atas dan bawah, yang kita panggil acuan jantan dan acuan betina. Proses pengacuan adalah dengan meletakkan tikar yang diperbuat daripada prepreg ke dalam acuan kaunter logam, dan di bawah tindakan suhu dan tekanan tertentu, tikar dipanaskan dan diplastikan dalam rongga acuan, mengalir di bawah tekanan, dan mengisi rongga acuan, dan kemudian dan diacu dan diawetkan untuk mendapatkan produk. Walau bagaimanapun, kaedah ini mempunyai kos permulaan yang lebih tinggi daripada yang sebelumnya, kerana acuan memerlukan pemesinan CNC yang sangat berketepatan tinggi.
4. Acuan Penggulungan
Bagi bahagian yang mempunyai bentuk kompleks atau berbentuk badan pusingan, penggulung filamen boleh digunakan untuk membuat bahagian tersebut dengan menggulung filamen pada mandrel atau teras. Selepas penggulungan sembuh sepenuhnya dan tanggalkan mandrel. Contohnya, lengan sambungan tiub yang digunakan dalam sistem gantungan boleh dibuat menggunakan kaedah ini.
5. Acuan Pemindahan Resin
Pengacuan pemindahan resin (RTM) merupakan kaedah pengacuan yang agak popular. Langkah-langkah asasnya ialah:
1. Letakkan fabrik gentian karbon buruk yang telah disediakan ke dalam acuan dan tutup acuan.
2. Suntikan resin termoset cecair ke dalamnya, impregnasikan bahan pengukuh, dan keringkan.
Sifat-sifat Polimer Bertetulang Serat Karbon
(1) Kekuatan tinggi dan keanjalan yang baik.
Kekuatan tentu (iaitu, nisbah kekuatan tegangan kepada ketumpatan) gentian karbon adalah 6 kali ganda daripada keluli dan 17 kali ganda daripada aluminium. Modulus tentu (iaitu, nisbah modulus Young kepada ketumpatan, yang merupakan tanda keanjalan sesuatu objek) adalah lebih daripada 3 kali ganda daripada keluli atau aluminium.
Dengan kekuatan tentu yang tinggi, ia boleh menanggung beban kerja yang besar. Tekanan kerja maksimumnya boleh mencapai 350 kg/cm2. Di samping itu, ia lebih mudah mampat dan berdaya tahan berbanding F-4 tulen dan jalinannya.
(2) Rintangan keletihan dan rintangan haus yang baik.
Rintangannya terhadap lesu jauh lebih tinggi daripada resin epoksi dan lebih tinggi daripada bahan logam. Gentian grafit melincirkan diri dan mempunyai pekali geseran yang kecil. Jumlah haus adalah 5-10 kali lebih kecil daripada produk asbestos umum atau jalinan F-4.
(3) Kekonduksian terma dan rintangan haba yang baik.
Plastik bertetulang gentian karbon mempunyai kekonduksian terma yang baik, dan haba yang dihasilkan oleh geseran mudah hilang. Bahagian dalamnya tidak mudah terlalu panas dan menyimpan haba dan boleh digunakan sebagai bahan pengedap dinamik. Di udara, ia boleh berfungsi dengan stabil dalam julat suhu -120 ~ 350°C. Dengan pengurangan kandungan logam alkali dalam gentian karbon, suhu perkhidmatan boleh ditingkatkan lagi. Dalam gas lengai, suhu boleh larasnya boleh mencapai kira-kira 2000°C, dan ia boleh menahan perubahan mendadak dalam sejuk dan haba.
(4) Rintangan getaran yang baik.
Ia tidak mudah bergema atau berkibar, dan ia juga merupakan bahan yang sangat baik untuk pengurangan getaran dan pengurangan hingar.
Kelebihan CFRP
1. Berat Ringan
Plastik bertetulang gentian kaca tradisional menggunakan gentian kaca berterusan dan 70% gentian kaca (berat kaca/jumlah berat) dan biasanya mempunyai ketumpatan 0.065 paun setiap inci padu. Komposit CFRP dengan berat gentian 70% yang sama biasanya mempunyai ketumpatan 0.055 paun setiap inci padu.
2. Kekuatan Tinggi
Walaupun polimer bertetulang gentian karbon ringan, komposit CFRP mempunyai kekuatan yang lebih tinggi dan kekakuan yang lebih tinggi bagi setiap unit berat berbanding komposit gentian kaca. Berbanding dengan bahan logam, kelebihan ini lebih jelas.
Kelemahan CFRP
1. Kos Tinggi
Kos pengeluaran plastik bertetulang gentian karbon adalah sangat tinggi. Harga gentian karbon boleh berbeza-beza secara mendadak bergantung pada keadaan pasaran semasa (penawaran dan permintaan), jenis gentian karbon (aeroangkasa vs. gred komersial), dan saiz berkas gentian. Berdasarkan paun demi paun, gentian karbon dara boleh menjadi 5 hingga 25 kali lebih mahal daripada gentian kaca. Perbezaan ini lebih besar apabila membandingkan keluli dengan CFRP.
2. Kekonduksian
Inilah kelebihan dan kekurangan bahan komposit gentian karbon. Ia bergantung pada aplikasinya. Gentian karbon sangat konduktif dan gentian kaca bersifat penebat. Banyak produk menggunakan gentian kaca dan bukannya gentian karbon atau logam kerana ia memerlukan penebat yang ketat. Dalam pengeluaran utiliti, banyak produk memerlukan penggunaan gentian kaca.
Kegunaan Plastik Bertetulang Serat Karbon
Aplikasi polimer bertetulang gentian karbon adalah luas dalam kehidupan, daripada bahagian mekanikal hinggalah kepada bahan ketenteraan.
(1)sebagai pembungkusan pengedap
Bahan PTFE bertetulang gentian karbon boleh dibuat menjadi cincin atau pembungkusan kedap tahan kakisan, tahan haus dan tahan suhu tinggi. Apabila digunakan untuk kedap statik, hayat perkhidmatannya lebih panjang, lebih daripada 10 kali ganda lebih lama daripada pembungkusan asbestos rendaman minyak umum. Ia boleh mengekalkan prestasi kedap di bawah perubahan beban dan penyejukan serta pemanasan pantas. Dan memandangkan bahan tersebut tidak mengandungi bahan menghakis, tiada kakisan bopeng akan berlaku pada logam.
(2)sebagai bahagian pengisaran
Dengan menggunakan sifat pelincir kendirinya, ia boleh digunakan sebagai galas, gear dan gelang omboh untuk tujuan khas. Seperti galas pelincir bebas minyak untuk instrumen penerbangan dan perakam pita, gear pelincir bebas minyak untuk lokomotif diesel transmisi elektrik (untuk mengelakkan kemalangan yang disebabkan oleh kebocoran minyak), gelang omboh pelincir bebas minyak pada pemampat, dan sebagainya. Di samping itu, ia juga boleh digunakan sebagai galas gelongsor atau pengedap dalam industri makanan dan farmaseutikal dengan memanfaatkan ciri-cirinya yang tidak toksik.
(3) Sebagai bahan struktur untuk aeroangkasa, penerbangan dan peluru berpandu. Ia pertama kali digunakan dalam pembuatan pesawat untuk mengurangkan berat pesawat dan meningkatkan kecekapan penerbangan. Ia juga digunakan dalam industri kimia, petroleum, kuasa elektrik, jentera dan industri lain sebagai pengedap dinamik berputar atau salingan atau pelbagai bahan pengedap statik.
Zhengxi ialah seorang profesionalkilang akhbar hidraulik di China, menyediakan kualiti yang tinggitekan hidraulik komposituntuk membentuk produk CFRP.
Masa siaran: 25 Mei 2023
