Com o desenvolvimento contínuo de materiais compósitos, além dos plásticos reforçados com fibra de vidro, surgiram plásticos reforçados com fibra de carbono, plásticos reforçados com fibra de boro, etc.Polímero reforçado com fibra de carbonocompósitos (CFRP) são materiais leves e resistentes que são usados para fabricar muitos produtos que usamos em nossas vidas diárias.É um termo usado para descrever materiais compósitos reforçados com fibras que utilizam fibras de carbono como principal componente estrutural.
Tabela de conteúdo:
1. Estrutura de polímero reforçado com fibra de carbono
2. O método de moldagem de plástico reforçado com fibra de carbono
3. Propriedades do polímero reforçado com fibra de carbono
4. Vantagens do CFRP
5. Desvantagens do CFRP
6. Usos de plástico reforçado com fibra de carbono
Estrutura de polímero reforçado com fibra de carbono
O plástico reforçado com fibra de carbono é um material formado pela disposição de materiais de fibra de carbono em uma determinada direção e pelo uso de materiais poliméricos ligados.O diâmetro da fibra de carbono é extremamente fino, cerca de 7 mícrons, mas sua resistência é extremamente alta.
A unidade constituinte mais básica do material compósito reforçado com fibra de carbono é o filamento de fibra de carbono.A matéria-prima básica do filamento de carbono é o pré-polímero de poliacrilonitrila (PAN), rayon ou piche de petróleo.Os filamentos de carbono são então transformados em tecidos de fibra de carbono por métodos químicos e mecânicos para peças de fibra de carbono.
O polímero de ligação é geralmente uma resina termoendurecível, como epóxi.Às vezes são usados outros termofixos ou polímeros termoplásticos, como acetato de polivinila ou náilon.Além das fibras de carbono, os compósitos também podem conter aramida Q, polietileno de ultra-alto peso molecular, alumínio ou fibras de vidro.As propriedades do produto final de fibra de carbono também podem ser afetadas pelo tipo de aditivos introduzidos na matriz de ligação.
O método de moldagem de plástico reforçado com fibra de carbono
Os produtos de fibra de carbono são diferentes principalmente devido a diferentes processos.Existem muitos métodos para formar materiais poliméricos reforçados com fibra de carbono.
1. Método de disposição manual
Dividido em método seco (loja pré-preparada) e método úmido (tecido de fibra e resina colada para uso).A disposição manual também é usada para preparar pré-impregnados para uso em processos de moldagem secundária, como moldagem por compressão.Este método consiste em folhas de tecido de fibra de carbono serem laminadas em um molde para formar o produto final.As propriedades de resistência e rigidez do material resultante são otimizadas selecionando o alinhamento e a trama das fibras do tecido.O molde é então preenchido com epóxi e curado com calor ou ar.Este método de fabricação é frequentemente usado para peças não tensionadas, como tampas de motores.
2. Método de formação a vácuo
Para o pré-impregnado laminado, é necessário aplicar pressão através de um determinado processo para aproximá-lo do molde e curá-lo e moldá-lo sob uma determinada temperatura e pressão.O método do saco a vácuo usa uma bomba de vácuo para evacuar o interior do saco formador, de modo que a pressão negativa entre o saco e o molde forme uma pressão para que o material compósito fique próximo ao molde.
Com base no método do saco a vácuo, o método de formação do saco a vácuo-autoclave foi derivado posteriormente.As autoclaves fornecem pressões mais altas e curam a peça por calor (em vez de cura natural) do que os métodos somente com saco a vácuo.Essa peça tem uma estrutura mais compacta, melhor qualidade de superfície, pode efetivamente eliminar bolhas de ar (as bolhas afetarão muito a resistência da peça) e a qualidade geral é maior.Na verdade, o processo de ensacamento a vácuo é semelhante ao de colagem de filme de celular.Eliminar bolhas de ar é uma tarefa importante.
3. Método de moldagem por compressão
Moldagem por compressãoé um método de moldagem que conduz à produção em massa e à produção em massa.Os moldes geralmente são feitos de partes superiores e inferiores, que chamamos de molde macho e molde fêmea.O processo de moldagem consiste em colocar a manta feita de pré-impregnados no contra-molde de metal e, sob a ação de certa temperatura e pressão, a manta é aquecida e plastificada na cavidade do molde, flui sob pressão e preenche a cavidade do molde, e então E moldagem e cura para obtenção de produtos.Porém, este método tem um custo inicial superior aos anteriores, pois o molde requer uma usinagem CNC de altíssima precisão.
4. Moldagem de enrolamento
Para peças com formas complexas ou em forma de corpo de revolução, um enrolador de filamento pode ser usado para fazer a peça enrolando o filamento em um mandril ou núcleo.Depois que o enrolamento estiver completo, cure e remova o mandril.Por exemplo, braços articulados tubulares utilizados em sistemas de suspensão podem ser fabricados utilizando este método.
5. Moldagem por transferência de resina
A moldagem por transferência de resina (RTM) é um método de moldagem relativamente popular.Suas etapas básicas são:
1. Coloque o tecido de fibra de carbono ruim preparado no molde e feche o molde.
2. Injete resina termofixa líquida nele, impregne o material de reforço e cure.
Propriedades do polímero reforçado com fibra de carbono
(1) Alta resistência e boa elasticidade.
A resistência específica (ou seja, a relação entre resistência à tração e densidade) da fibra de carbono é 6 vezes maior que a do aço e 17 vezes maior que a do alumínio.O módulo específico (ou seja, a relação entre o módulo de Young e a densidade, que é um sinal da elasticidade de um objeto) é mais de 3 vezes maior que o do aço ou do alumínio.
Com alta resistência específica, pode suportar uma grande carga de trabalho.Sua pressão máxima de trabalho pode chegar a 350 kg/cm2.Além disso, é mais compressível e resiliente que o F-4 puro e sua trança.
(2) Boa resistência à fadiga e resistência ao desgaste.
Sua resistência à fadiga é muito maior que a da resina epóxi e maior que a dos materiais metálicos.As fibras de grafite são autolubrificantes e possuem um pequeno coeficiente de atrito.A quantidade de desgaste é 5 a 10 vezes menor do que a dos produtos de amianto em geral ou das tranças F-4.
(3) Boa condutividade térmica e resistência ao calor.
Os plásticos reforçados com fibra de carbono têm boa condutividade térmica e o calor gerado pelo atrito é facilmente dissipado.O interior não é fácil de superaquecer e armazenar calor e pode ser usado como material de vedação dinâmico.No ar, pode funcionar de forma estável na faixa de temperatura de -120~350°C.Com a redução do teor de metais alcalinos na fibra de carbono, a temperatura de serviço pode aumentar ainda mais.Em um gás inerte, sua temperatura adaptável pode atingir cerca de 2.000°C e pode suportar mudanças bruscas de frio e calor.
(4) Boa resistência à vibração.
Não é fácil ressoar ou vibrar e também é um excelente material para redução de vibração e redução de ruído.
Vantagens do CFRP
1. Peso leve
Os plásticos tradicionais reforçados com fibra de vidro usam fibras de vidro contínuas e 70% de fibras de vidro (peso de vidro/peso total) e normalmente têm uma densidade de 0,065 libras por polegada cúbica.Um compósito CFRP com o mesmo peso de fibra de 70% normalmente tem uma densidade de 0,055 libras por polegada cúbica.
2. Alta resistência
Embora os polímeros reforçados com fibra de carbono sejam leves, os compósitos CFRP têm maior resistência e maior rigidez por unidade de peso do que os compósitos de fibra de vidro.Comparado com materiais metálicos, esta vantagem é mais óbvia.
Desvantagens do CFRP
1. Alto custo
O custo de produção do plástico reforçado com fibra de carbono é proibitivo.Os preços da fibra de carbono podem variar drasticamente dependendo das condições atuais do mercado (oferta e demanda), do tipo de fibra de carbono (classe aeroespacial vs. comercial) e do tamanho do feixe de fibras.Numa base de libra por libra, a fibra de carbono virgem pode ser 5 a 25 vezes mais cara do que a fibra de vidro.Essa diferença é ainda maior quando se compara o aço ao CFRP.
2. Condutividade
Esta é a vantagem e a desvantagem dos materiais compósitos de fibra de carbono.Depende da aplicação.As fibras de carbono são extremamente condutoras e as fibras de vidro são isolantes.Muitos produtos usam fibra de vidro em vez de fibra de carbono ou metal porque exigem um isolamento rigoroso.Na produção de utilidades, muitos produtos requerem o uso de fibras de vidro.
Usos de plástico reforçado com fibra de carbono
Oaplicações de polímero reforçado com fibra de carbonosão amplos na vida, desde peças mecânicas até materiais militares.
(1)como embalagem de vedação
O material PTFE reforçado com fibra de carbono pode ser transformado em anéis de vedação ou gaxetas resistentes à corrosão, ao desgaste e a altas temperaturas.Quando usada para vedação estática, a vida útil é mais longa, mais de 10 vezes maior do que a da gaxeta geral de amianto imerso em óleo.Ele pode manter o desempenho de vedação sob mudanças de carga e resfriamento rápido e aquecimento rápido.E como o material não contém substâncias corrosivas, nenhuma corrosão por pite ocorrerá no metal.
(2)como peças de moagem
Utilizando suas propriedades autolubrificantes, pode ser usado como rolamentos, engrenagens e anéis de pistão para fins especiais.Como rolamentos lubrificados sem óleo para instrumentos de aviação e gravadores, engrenagens lubrificadas sem óleo para locomotivas a diesel com transmissão elétrica (para evitar acidentes causados por vazamento de óleo), anéis de pistão lubrificados sem óleo em compressores, etc. também podem ser utilizados como rolamentos deslizantes ou vedações nas indústrias alimentícia e farmacêutica, aproveitando suas características atóxicas.
(3) Como materiais estruturais para a indústria aeroespacial, aviação e mísseis.Foi usado pela primeira vez na fabricação de aeronaves para reduzir o peso da aeronave e melhorar a eficiência do voo.Também é usado em indústrias químicas, petrolíferas, de energia elétrica, de máquinas e outras indústrias como vedação dinâmica rotativa ou alternativa ou vários materiais de vedação estática.
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Horário da postagem: 25 de maio de 2023
