Met de voortdurende ontwikkeling van composietmaterialen zijn naast glasvezelversterkte kunststoffen ook koolstofvezelversterkte kunststoffen, boorvezelversterkte kunststoffen, enz. verschenen.Met koolstofvezel versterkt polymeercomposieten (CFRP) zijn lichtgewicht en sterke materialen die worden gebruikt bij de vervaardiging van veel producten die we in ons dagelijks leven gebruiken.Het is een term die wordt gebruikt om vezelversterkte composietmaterialen te beschrijven die koolstofvezels als belangrijkste structurele component gebruiken.
Inhoudsopgave:
1. Koolstofvezelversterkte polymeerstructuur
2. De vormmethode van koolstofvezelversterkte kunststof
3. Eigenschappen van met koolstofvezel versterkt polymeer
4. Voordelen van CFRP
5. Nadelen van CFRP
6. Gebruik van koolstofvezelversterkte kunststof
Koolstofvezelversterkte polymeerstructuur
Met koolstofvezel versterkte kunststof is een materiaal dat wordt gevormd door koolstofvezelmaterialen in een bepaalde richting te plaatsen en gebonden polymeermaterialen te gebruiken.De diameter van koolstofvezel is extreem dun, ongeveer 7 micron, maar de sterkte is extreem hoog.
De meest fundamentele eenheid van met koolstofvezel versterkt composietmateriaal is koolstofvezelfilament.De basisgrondstof van koolstoffilament is prepolymeer polyacrylonitril (PAN), rayon of petroleumpek.De koolstoffilamenten worden vervolgens via chemische en mechanische methoden tot koolstofvezelweefsels gemaakt voor koolstofvezelonderdelen.
Het bindende polymeer is gewoonlijk een thermohardende hars zoals epoxy.Soms worden andere thermoharders of thermoplastische polymeren gebruikt, zoals polyvinylacetaat of nylon.Naast koolstofvezels kunnen composieten ook aramide Q, polyethyleen met ultrahoog molecuulgewicht, aluminium of glasvezels bevatten.De eigenschappen van het uiteindelijke koolstofvezelproduct kunnen ook worden beïnvloed door het soort additieven dat in de bindingsmatrix wordt geïntroduceerd.
De vormmethode van met koolstofvezel versterkt plastic
Koolstofvezelproducten zijn voornamelijk verschillend vanwege verschillende processen.Er zijn veel methoden voor het vormen van met koolstofvezel versterkte polymeermaterialen.
1. Handlay-up-methode
Verdeeld in de droge methode (vooraf voorbereide winkel) en natte methode (vezelstof en hars gelijmd om te gebruiken).Hand lay-up wordt ook gebruikt om prepregs voor te bereiden voor gebruik in secundaire vormprocessen zoals compressiegieten.Bij deze methode worden vellen koolstofvezeldoek op een mal gelamineerd om het eindproduct te vormen.De sterkte- en stijfheidseigenschappen van het resulterende materiaal worden geoptimaliseerd door de uitlijning en het weefsel van de weefselvezels te selecteren.De mal wordt vervolgens gevuld met epoxy en uitgehard met hitte of lucht.Deze productiemethode wordt vaak gebruikt voor niet-gespannen onderdelen, zoals motorkappen.
2. Vacuümvormmethode
Voor de gelamineerde prepreg is het noodzakelijk om via een bepaald proces druk uit te oefenen om deze dicht bij de mal te maken en om deze onder een bepaalde temperatuur en druk uit te harden en vorm te geven.De vacuümzakmethode maakt gebruik van een vacuümpomp om de binnenkant van de vormzak te evacueren, zodat de negatieve druk tussen de zak en de mal een druk vormt zodat het composietmateriaal zich dicht bij de mal bevindt.
Op basis van de vacuümzakmethode werd later de vacuümzak-autoclaafvormmethode afgeleid.Autoclaven bieden hogere drukken en laten het onderdeel door warmte uitharden (in plaats van natuurlijke uitharding) dan methoden die alleen met vacuümzakken werken.Een dergelijk onderdeel heeft een compactere structuur, een betere oppervlaktekwaliteit, kan luchtbellen effectief elimineren (bellen hebben een grote invloed op de sterkte van het onderdeel) en de algehele kwaliteit is hoger.In feite is het proces van het vacuüm verpakken vergelijkbaar met dat van het plakken van film op mobiele telefoons.Het elimineren van luchtbellen is een grote taak.
3. Compressievormmethode
Persvormenis een vormmethode die bevorderlijk is voor massaproductie en massaproductie.Mallen zijn meestal gemaakt van bovenste en onderste delen, die we mannelijke mal en vrouwelijke mal noemen.Het vormproces bestaat uit het plaatsen van de mat gemaakt van prepregs in de metalen tegenvorm, en onder invloed van een bepaalde temperatuur en druk wordt de mat verwarmd en geplastificeerd in de vormholte, stroomt onder druk en vult de vormholte, en vervolgens En gieten en uitharden om producten te verkrijgen.Deze methode heeft echter hogere initiële kosten dan de vorige, omdat de mal een zeer nauwkeurige CNC-bewerking vereist.
4. Kronkelgieten
Voor onderdelen met complexe vormen of in de vorm van een omwentelingslichaam kan een filamentwikkelaar worden gebruikt om het onderdeel te maken door het filament op een doorn of kern te wikkelen.Nadat het wikkelen volledig is uitgehard, verwijdert u de doorn.Met deze methode kunnen bijvoorbeeld buisvormige scharnierarmen die in ophangsystemen worden gebruikt, worden gemaakt.
5. Harsoverdrachtgieten
Harstransfergieten (RTM) is een relatief populaire vormmethode.De basisstappen zijn:
1. Plaats het voorbereide slechte koolstofvezelweefsel in de mal en sluit de mal.
2. Injecteer er vloeibare thermohardende hars in, impregneer het versterkingsmateriaal en hard uit.
Eigenschappen van met koolstofvezel versterkt polymeer
(1) Hoge sterkte en goede elasticiteit.
De specifieke sterkte (dat wil zeggen de verhouding tussen treksterkte en dichtheid) van koolstofvezel is 6 keer die van staal en 17 keer die van aluminium.De specifieke modulus (dat wil zeggen de verhouding tussen Young's modulus en dichtheid, wat een teken is van de elasticiteit van een object) is meer dan driemaal die van staal of aluminium.
Met een hoge specifieke sterkte kan het een grote werklast dragen.De maximale werkdruk kan 350 kg/cm2 bereiken.Bovendien is het samendrukbaarder en veerkrachtiger dan pure F-4 en zijn vlechtwerk.
(2) Goede vermoeidheidsweerstand en slijtvastheid.
De weerstand tegen vermoeidheid is veel hoger dan die van epoxyhars en hoger dan die van metalen materialen.Grafietvezels zijn zelfsmerend en hebben een kleine wrijvingscoëfficiënt.De mate van slijtage is 5-10 keer kleiner dan die van algemene asbestproducten of F-4-vlechten.
(3) Goede thermische geleidbaarheid en hittebestendigheid.
Met koolstofvezel versterkte kunststoffen hebben een goede thermische geleidbaarheid en de door wrijving gegenereerde warmte wordt gemakkelijk afgevoerd.Het interieur is niet gemakkelijk te oververhitten en warmte op te slaan en kan worden gebruikt als dynamisch afdichtingsmateriaal.In de lucht kan het stabiel werken in het temperatuurbereik van -120 ~ 350 ° C.Met de vermindering van het alkalimetaalgehalte in koolstofvezels kan de gebruikstemperatuur verder worden verhoogd.In een inert gas kan de aanpasbare temperatuur ongeveer 2000°C bereiken en is het bestand tegen scherpe veranderingen in kou en hitte.
(4) Goede trillingsbestendigheid.
Het is niet gemakkelijk om te resoneren of te fladderen, en het is ook een uitstekend materiaal voor trillingsreductie en geluidsreductie.
Voordelen van CFRP
1. Lichtgewicht
Traditionele glasvezelversterkte kunststoffen gebruiken continue glasvezels en 70% glasvezels (glasgewicht/totaalgewicht) en hebben doorgaans een dichtheid van 0,065 pond per kubieke inch.Een CFRP-composiet met hetzelfde vezelgewicht van 70% heeft doorgaans een dichtheid van 0,055 pond per kubieke inch.
2. Hoge sterkte
Hoewel met koolstofvezels versterkte polymeren licht van gewicht zijn, hebben CFRP-composieten een hogere sterkte en hogere stijfheid per gewichtseenheid dan glasvezelcomposieten.Vergeleken met metalen materialen is dit voordeel duidelijker.
Nadelen van CFRP
1. Hoge kosten
De productiekosten van met koolstofvezel versterkte kunststof zijn onbetaalbaar.De prijzen van koolstofvezels kunnen dramatisch variëren, afhankelijk van de huidige marktomstandigheden (vraag en aanbod), het type koolstofvezel (luchtvaart versus commerciële kwaliteit) en de grootte van de vezelbundel.Op een pond-voor-pond-basis kan nieuwe koolstofvezel 5 tot 25 keer duurder zijn dan glasvezel.Dit verschil is nog groter als staal met CFRP wordt vergeleken.
2. Geleidbaarheid
Dit is het voor- en nadeel van koolstofvezelcomposietmaterialen.Het hangt af van de toepassing.Koolstofvezels zijn extreem geleidend en glasvezels zijn isolerend.Veel producten gebruiken glasvezel in plaats van koolstofvezel of metaal, omdat ze een strenge isolatie vereisen.Bij de productie van nutsvoorzieningen vereisen veel producten het gebruik van glasvezels.
Koolstofvezelversterkte kunststof toepassingen
Detoepassingen van koolstofvezelversterkt polymeerzijn breed in het leven, van mechanische onderdelen tot militaire materialen.
(1)als afdichtingsverpakking
Met koolstofvezel versterkt PTFE-materiaal kan worden verwerkt tot corrosiebestendige, slijtvaste en hittebestendige afdichtringen of pakkingen.Bij gebruik voor statische afdichting is de levensduur langer, meer dan 10 keer langer dan die van algemene, in olie ondergedompelde asbestpakkingen.Het kan de afdichtingsprestaties behouden bij veranderingen in de belasting en bij snelle koeling en snelle verwarming.En omdat het materiaal geen corrosieve stoffen bevat, ontstaat er geen putcorrosie op het metaal.
(2)als slijpdelen
Door gebruik te maken van zijn zelfsmerende eigenschappen kan het worden gebruikt als lagers, tandwielen en zuigerveren voor speciale doeleinden.Zoals olievrij gesmeerde lagers voor luchtvaartinstrumenten en bandrecorders, olievrij gesmeerde tandwielen voor diesellocomotieven met elektrische transmissie (om ongelukken veroorzaakt door olielekkage te voorkomen), olievrij gesmeerde zuigerveren op compressoren, enz. Bovendien kan het kan ook worden gebruikt als glijlagers of afdichtingen in de voedingsmiddelen- en farmaceutische industrie door te profiteren van de niet-giftige eigenschappen.
(3) Als structurele materialen voor ruimtevaart, luchtvaart en raketten.Het werd voor het eerst gebruikt in de vliegtuigbouw om het gewicht van het vliegtuig te verminderen en de vluchtefficiëntie te verbeteren.Het wordt ook gebruikt in de chemische, aardolie-, elektrische energie-, machine- en andere industrieën als roterende of heen en weer gaande dynamische afdichting of verschillende statische afdichtingsmaterialen.
Zhengxi is een professionalhydraulische persfabriek in China, die hoge kwaliteit biedtsamengestelde hydraulische persvoor het vormen van CFRP-producten.
Posttijd: 25 mei 2023
