С непрерывным развитием композиционных материалов, помимо стеклопластиков, появились углепластики, боропластики и т. д.Полимер, армированный углеродным волокномКомпозиты (CFRP) — это легкие и прочные материалы, которые используются для производства многих продуктов, которые мы используем в повседневной жизни.Этот термин используется для описания армированных волокном композитных материалов, в которых углеродные волокна используются в качестве основного структурного компонента.
Содержание:
1. Полимерная структура, армированная углеродным волокном.
2. Метод формования пластика, армированного углеродным волокном.
3. Свойства полимера, армированного углеродным волокном.
4. Преимущества углепластика
5. Недостатки углепластика
6. Использование пластика, армированного углеродным волокном
Полимерная структура, армированная углеродным волокном
Пластик, армированный углеродным волокном, представляет собой материал, образованный путем расположения материалов из углеродного волокна в определенном направлении и использования связанных полимерных материалов.Диаметр углеродного волокна чрезвычайно тонкий, около 7 микрон, но его прочность чрезвычайно высока.
Основной составной частью композитного материала, армированного углеродным волокном, является нить из углеродного волокна.Основным сырьем для производства углеродной нити является преполимер полиакрилонитрила (ПАН), вискоза или нефтяной пек.Затем из углеродных нитей химическими и механическими методами изготавливаются ткани из углеродного волокна для изготовления деталей из углеродного волокна.
Связующим полимером обычно является термореактивная смола, такая как эпоксидная смола.Иногда используются другие термореактивные или термопластичные полимеры, такие как поливинилацетат или нейлон.Помимо углеродных волокон, композиты также могут содержать арамид Q, полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы, алюминий или стеклянные волокна.На свойства конечного продукта из углеродного волокна также может влиять тип добавок, вводимых в связующую матрицу.
Метод формования пластика, армированного углеродным волокном
Изделия из углеродного волокна в основном различаются из-за разных процессов.Существует множество методов формирования полимерных материалов, армированных углеродным волокном.
1. Метод ручной укладки
Делится на сухой метод (предварительно подготовленный цех) и мокрый метод (волокна ткани и смолы приклеиваются к использованию).Ручная укладка также используется для подготовки препрегов для использования в процессах вторичного формования, таких как компрессионное формование.В этом методе листы ткани из углеродного волокна ламинируются в форме для получения конечного продукта.Прочностные и жесткостные свойства получаемого материала оптимизируются путем подбора расположения и переплетения волокон ткани.Затем форма заполняется эпоксидной смолой и отверждается теплом или воздухом.Этот метод изготовления часто используется для ненагруженных деталей, например, крышек двигателя.
2. Метод вакуумного формования
Для ламинированного препрега необходимо приложить давление посредством определенного процесса, чтобы приблизить его к форме, а также отвердить и придать ему форму при определенной температуре и давлении.В методе вакуумного мешка используется вакуумный насос для вакуумирования внутренней части формовочного мешка, так что отрицательное давление между мешком и формой создает давление, благодаря которому композитный материал оказывается близко к форме.
На основе метода вакуумного мешка позже был разработан метод формирования вакуумного мешка в автоклаве.Автоклавы обеспечивают более высокое давление и термическое отверждение детали (вместо естественного отверждения), чем методы, использующие только вакуумные пакеты.Такая деталь имеет более компактную структуру, лучшее качество поверхности, может эффективно устранять пузырьки воздуха (пузырьки сильно влияют на прочность детали), а общее качество выше.Фактически процесс вакуумной упаковки аналогичен процессу наклеивания пленки на мобильный телефон.Устранение пузырьков воздуха является основной задачей.
3. Метод компрессионного формования.
Компрессионное формование- это метод формования, способствующий массовому производству и массовому производству.Формы обычно состоят из верхней и нижней частей, которые мы называем охватываемой и охватывающей формой.Процесс формования заключается в помещении мата из препрегов в металлическую контрформу, и под действием определенной температуры и давления мат нагревается и пластифицируется в полости формы, течет под давлением и заполняет полость формы, а затем А также формование и вулканизация для получения изделий.Однако этот метод имеет более высокую первоначальную стоимость, чем предыдущие, поскольку форма требует очень точной обработки на станке с ЧПУ.
4. Обмоточное формование
Для деталей сложной формы или в форме тела вращения можно использовать намоточную машину для изготовления детали путем намотки нити на оправку или сердечник.После завершения намотки затвердеваем и снимаем оправку.Например, этим методом можно изготовить трубчатые шарниры, используемые в подвесных системах.
5. Трансферное формование смолы
Трансферное формование смолы (RTM) является относительно популярным методом формования.Его основные этапы:
1. Поместите подготовленную ткань из углеродного волокна в форму и закройте форму.
2. Введите в него жидкую термореактивную смолу, пропитайте армирующий материал и затвердите.
Свойства полимера, армированного углеродным волокном
(1) Высокая прочность и хорошая эластичность.
Удельная прочность (то есть соотношение прочности на разрыв к плотности) углеродного волокна в 6 раз больше, чем у стали и в 17 раз, чем у алюминия.Удельный модуль упругости (то есть отношение модуля Юнга к плотности, являющейся признаком упругости объекта) более чем в 3 раза больше, чем у стали или алюминия.
Обладая высокой удельной прочностью, он может выдерживать большую рабочую нагрузку.Его максимальное рабочее давление может достигать 350 кг/см2.Кроме того, он более сжимаем и упруг, чем чистый Ф-4 и его плетенка.
(2) Хорошая усталостная прочность и износостойкость.
Его усталостная прочность намного выше, чем у эпоксидной смолы и выше, чем у металлических материалов.Графитовые волокна самосмазывающиеся и имеют небольшой коэффициент трения.Величина износа в 5-10 раз меньше, чем у обычных асбестовых изделий или плетенок Ф-4.
(3) Хорошая теплопроводность и термостойкость.
Пластики, армированные углеродным волокном, обладают хорошей теплопроводностью, и тепло, выделяемое при трении, легко рассеивается.Внутреннюю часть нелегко перегреть и сохранить тепло, и ее можно использовать в качестве динамического уплотнительного материала.На воздухе он может стабильно работать в диапазоне температур от -120 до 350°C.При уменьшении содержания щелочных металлов в углеродном волокне температура эксплуатации может быть дополнительно увеличена.В инертном газе его адаптируемая температура может достигать около 2000°C, и он может выдерживать резкие перепады холода и тепла.
(4) Хорошая виброустойчивость.
Его нелегко резонировать или трепетать, а также это отличный материал для снижения вибрации и шума.
Преимущества углепластика
1. Легкий вес
В традиционных пластиках, армированных стекловолокном, используются непрерывные стекловолокна и 70% стекловолокон (вес стекла/общий вес) и обычно они имеют плотность 0,065 фунтов на кубический дюйм.Композит из углепластика с тем же содержанием волокна в 70% обычно имеет плотность 0,055 фунта на кубический дюйм.
2. Высокая прочность
Хотя полимеры, армированные углеродным волокном, легкие, композиты из углепластика имеют более высокую прочность и более высокую жесткость на единицу веса, чем композиты из стекловолокна.По сравнению с металлическими материалами это преимущество более очевидно.
Недостатки углепластика
1. Высокая стоимость
Себестоимость производства пластика, армированного углеродным волокном, непомерно высока.Цены на углеродное волокно могут сильно различаться в зависимости от текущих рыночных условий (спрос и предложение), типа углеродного волокна (аэрокосмическое или коммерческое качество) и размера пучка волокон.В пересчете на фунт первичное углеродное волокно может быть в 5–25 раз дороже стекловолокна.Эта разница еще больше при сравнении стали с углепластиком.
2. Проводимость
В этом преимущество и недостаток композитных материалов из углеродного волокна.Это зависит от приложения.Углеродные волокна обладают чрезвычайной проводимостью, а стекловолокна обладают изоляционными свойствами.Во многих изделиях используется стекловолокно вместо углеродного волокна или металла, поскольку они требуют строгой изоляции.При производстве коммунальных услуг многие изделия требуют использования стекловолокна.
Использование пластика, армированного углеродным волокном
Применение полимера, армированного углеродным волокномшироко распространены в жизни: от механических деталей до военных материалов.
(1)в качестве уплотнительной упаковки
Из армированного углеродным волокном материала ПТФЭ можно изготавливать коррозионностойкие, износостойкие и устойчивые к высоким температурам уплотнительные кольца или набивки.При использовании для статического уплотнения срок службы более чем в 10 раз больше, чем у обычной асбестовой набивки, пропитанной маслом.Он может сохранять герметичность при изменении нагрузки, а также при быстром охлаждении и быстром нагреве.А поскольку материал не содержит агрессивных веществ, на металле не возникнет питтинговая коррозия.
(2)в качестве шлифовальных деталей
Благодаря своим самосмазывающимся свойствам его можно использовать в качестве подшипников, шестерен и поршневых колец специального назначения.Такие как подшипники с безмасляной смазкой для авиационных приборов и магнитофонов, шестерни с безмасляной смазкой для тепловозов с электрической трансмиссией (во избежание аварий, вызванных утечкой масла), поршневые кольца с безмасляной смазкой на компрессорах и т. д. Кроме того, он может также может использоваться в качестве подшипников скольжения или уплотнений в пищевой и фармацевтической промышленности благодаря своим нетоксичным характеристикам.
(3) В качестве конструкционных материалов для аэрокосмической, авиационной и ракетной промышленности.Впервые его использовали в авиастроении для уменьшения веса самолета и повышения эффективности полета.Он также используется в химической, нефтяной, электроэнергетической, машиностроительной и других отраслях промышленности в качестве вращающегося или возвратно-поступательного динамического уплотнения или различных материалов статического уплотнения.
Чжэнси — профессионалзавод гидравлических прессов в Китае, обеспечивая высокое качествокомпозитный гидравлический прессдля формирования изделий из углепластика.
Время публикации: 25 мая 2023 г.
