Z nenehnim razvojem kompozitnih materialov so se poleg plastike, ojačane s steklenimi vlakni, pojavile tudi plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni, plastike, ojačane z borovimi vlakni itd. Polimerni kompoziti, ojačani z ogljikovimi vlakni (CFRP), so lahki in trpežni materiali, ki se uporabljajo za izdelavo številnih izdelkov, ki jih uporabljamo v vsakdanjem življenju. To je izraz, ki se uporablja za opis kompozitnih materialov, ojačanih z vlakni, ki uporabljajo ogljikova vlakna kot glavno strukturno komponento.
Kazalo vsebine:
1. Struktura polimera, ojačana z ogljikovimi vlakni
2. Metoda oblikovanja plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni
3. Lastnosti polimera, ojačanega z ogljikovimi vlakni
4. Prednosti CFRP
5. Slabosti CFRP
6. Uporaba plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni
Struktura polimera, ojačana z ogljikovimi vlakni
Plastika, ojačana z ogljikovimi vlakni, je material, ki nastane z razporejanjem ogljikovih vlaken v določeni smeri in uporabo vezanih polimernih materialov. Premer ogljikovih vlaken je izjemno tanek, približno 7 mikronov, vendar je njihova trdnost izjemno visoka.
Najosnovnejša sestavna enota kompozitnega materiala, ojačanega z ogljikovimi vlakni, so ogljikovi vlakni. Osnovna surovina za ogljikove filamente je predpolimer poliakrilonitril (PAN), rajon ali naftna smola. Ogljikovi filamenti se nato s kemičnimi in mehanskimi metodami predelajo v ogljikove vlaknene tkanine za dele iz ogljikovih vlaken.
Vezivni polimer je običajno termoreaktivna smola, kot je epoksi. Včasih se uporabljajo tudi drugi termoreaktivni ali termoplastični polimeri, kot sta polivinil acetat ali najlon. Poleg ogljikovih vlaken lahko kompoziti vsebujejo tudi aramid Q, polietilen z ultra visoko molekulsko maso, aluminij ali steklena vlakna. Na lastnosti končnega izdelka iz ogljikovih vlaken lahko vpliva tudi vrsta dodatkov, vnesenih v vezno matrico.
Metoda oblikovanja plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni
Izdelki iz ogljikovih vlaken se razlikujejo predvsem zaradi različnih postopkov. Obstaja veliko metod za oblikovanje polimernih materialov, ojačanih z ogljikovimi vlakni.
1. Metoda ročnega polaganja
Delimo jo na suho metodo (vnaprej pripravljena delavnica) in mokro metodo (vlaknena tkanina in smola, zlepljena za uporabo). Ročno polaganje se uporablja tudi za pripravo prepregov za uporabo v sekundarnih postopkih oblikovanja, kot je stiskanje. Pri tej metodi se listi iz ogljikovih vlaken laminirajo na kalup, da se oblikuje končni izdelek. Trdnost in togost nastalega materiala se optimizirajo z izbiro poravnave in tkanja vlaken tkanine. Kalup se nato napolni z epoksidno smolo in utrdi s toploto ali zrakom. Ta metoda izdelave se pogosto uporablja za neobremenjene dele, kot so pokrovi motorja.
2. Metoda vakuumskega oblikovanja
Pri laminiranem prepregu je treba s pomočjo določenega postopka izvajati pritisk, da se približa kalupu, ter ga strjevati in oblikovati pod določeno temperaturo in tlakom. Metoda vakuumske vrečke uporablja vakuumsko črpalko za izpraznitev notranjosti oblikovalne vrečke, tako da negativni tlak med vrečko in kalupom ustvari tlak, tako da je kompozitni material blizu kalupa.
Na podlagi metode vakuumske vrečke je bila kasneje razvita metoda vakuumskega oblikovanja v vrečki in avtoklavu. Avtoklavi zagotavljajo višji tlak in toplotno utrjevanje dela (namesto naravnega utrjevanja) kot metode, ki uporabljajo samo vakuumsko vrečko. Takšen del ima bolj kompaktno strukturo, boljšo kakovost površine, lahko učinkovito odstrani zračne mehurčke (mehurčki močno vplivajo na trdnost dela) in splošna kakovost je višja. Pravzaprav je postopek vakuumskega oblikovanja v vrečko podoben postopku lepljenja folije za mobilne telefone. Odstranjevanje zračnih mehurčkov je pomembna naloga.
3. Metoda kompresijskega oblikovanja
Kompresijsko brizganjeje metoda oblikovanja, ki je ugodna za masovno proizvodnjo. Kalupi so običajno izdelani iz zgornjega in spodnjega dela, ki ju imenujemo moški in ženski kalup. Postopek oblikovanja vključuje vstavitev preproge v kovinski protikalup, kjer se pod vplivom določene temperature in tlaka preproga segreje in plastificira v votlini kalupa, nato pa se pod pritiskom steče in napolni votlino kalupa, nato pa se oblikuje in strdi, da se dobijo izdelki. Vendar pa ima ta metoda višje začetne stroške kot prejšnje, saj kalup zahteva zelo natančno CNC obdelavo.
4. Navijanje kalupov
Za dele kompleksnih oblik ali v obliki vrtilnega telesa se lahko uporabi navijalec filamenta za izdelavo dela z navijanjem filamenta na trn ali jedro. Po popolnem strjevanju navijanja se trn odstrani. Na primer, s to metodo je mogoče izdelati cevaste spojne roke, ki se uporabljajo v sistemih vzmetenja.
5. Prenos smole s brizganjem
Prenosno brizganje smole (RTM) je relativno priljubljena metoda brizganja. Njeni osnovni koraki so:
1. Pripravljeno slabo tkanino iz ogljikovih vlaken položite v kalup in kalup zaprite.
2. Vbrizgajte tekočo termoreaktivno smolo, impregnirajte ojačitveni material in strdite.
Lastnosti polimera, ojačanega z ogljikovimi vlakni
(1) Visoka trdnost in dobra elastičnost.
Specifična trdnost (torej razmerje med natezno trdnostjo in gostoto) ogljikovih vlaken je 6-krat večja od jekla in 17-krat večja od aluminija. Specifični modul (torej razmerje med Youngovim modulom in gostoto, ki je znak elastičnosti predmeta) je več kot 3-krat večji od jekla ali aluminija.
Z visoko specifično trdnostjo lahko prenese veliko delovno obremenitev. Njegov največji delovni tlak lahko doseže 350 kg/cm2. Poleg tega je bolj stisljiv in prožen kot čisti F-4 in njegova pletenica.
(2) Dobra odpornost proti utrujenosti in obrabi.
Njegova odpornost proti utrujenosti je veliko večja kot pri epoksidni smoli in višja kot pri kovinskih materialih. Grafitna vlakna so samomazalna in imajo majhen koeficient trenja. Količina obrabe je 5–10-krat manjša kot pri splošnih azbestnih izdelkih ali pletenicah F-4.
(3) Dobra toplotna prevodnost in toplotna odpornost.
Plastika, ojačana z ogljikovimi vlakni, ima dobro toplotno prevodnost, toplota, ki nastane zaradi trenja, pa se zlahka odvaja. Notranjost se ne pregreva in ne shranjuje toplote ter se lahko uporablja kot dinamični tesnilni material. Na zraku lahko stabilno deluje v temperaturnem območju od -120 do 350 °C. Z zmanjšanjem vsebnosti alkalijskih kovin v ogljikovih vlaknih se lahko delovna temperatura še dodatno poveča. V inertnem plinu lahko njena prilagodljiva temperatura doseže približno 2000 °C in prenese ostre spremembe mraza in vročine.
(4) Dobra odpornost proti vibracijam.
Ni lahko resonirati ali treseti, poleg tega pa je odličen material za zmanjšanje vibracij in hrupa.
Prednosti CFRP
1. Lahka teža
Tradicionalne plastike, ojačane s steklenimi vlakni, uporabljajo neprekinjena steklena vlakna in 70 % steklenih vlaken (teža stekla/skupna teža) in imajo običajno gostoto 0,065 funtov na kubični palec. Kompozit CFRP z enako težo 70 % vlaken ima običajno gostoto 0,055 funtov na kubični palec.
2. Visoka trdnost
Čeprav so polimeri, ojačani z ogljikovimi vlakni, lahki, imajo kompoziti iz CFRP večjo trdnost in večjo togost na enoto teže kot kompoziti iz steklenih vlaken. V primerjavi s kovinskimi materiali je ta prednost bolj očitna.
Slabosti CFRP
1. Visoki stroški
Proizvodni stroški plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni, so previsoki. Cene ogljikovih vlaken se lahko močno razlikujejo glede na trenutne tržne razmere (ponudba in povpraševanje), vrsto ogljikovih vlaken (vesoljska in komercialna kakovost) in velikost snopa vlaken. Na podlagi funt za funt so lahko deviška ogljikova vlakna od 5 do 25-krat dražja od steklenih vlaken. Ta razlika je še večja pri primerjavi jekla s CFRP.
2. Prevodnost
To je prednost in slabost kompozitnih materialov iz ogljikovih vlaken. Odvisno je od uporabe. Ogljikova vlakna so izjemno prevodna, steklena vlakna pa izolativna. Številni izdelki uporabljajo steklena vlakna namesto ogljikovih vlaken ali kovine, ker zahtevajo strogo izolacijo. Pri proizvodnji komunalnih naprav mnogi izdelki zahtevajo uporabo steklenih vlaken.
Uporaba plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni
Uporaba polimerov, ojačanih z ogljikovimi vlakni, je v življenju široka, od mehanskih delov do vojaških materialov.
(1)kot tesnilna embalaža
Iz PTFE materiala, ojačanega z ogljikovimi vlakni, se lahko izdelajo tesnilni obroči ali pakiranja, odporni proti koroziji, obrabi in visokim temperaturam. Pri uporabi za statično tesnjenje je življenjska doba daljša, več kot 10-krat daljša od običajnega azbestnega pakiranja, potopljenega v olje. Tesnilna sposobnost se lahko ohrani tudi pri spremembah obremenitve ter pri hitrem hlajenju in segrevanju. Ker material ne vsebuje korozivnih snovi, na kovini ne bo prišlo do jamkaste korozije.
(2)kot brusni deli
Zaradi svojih samomazalnih lastnosti se lahko uporablja kot ležaji, zobniki in batni obročki za posebne namene. Na primer kot ležaji brez olja za letalske instrumente in magnetofone, zobniki brez olja za električne dizelske lokomotive (za preprečevanje nesreč zaradi puščanja olja), batni obročki brez olja na kompresorjih itd. Poleg tega se lahko uporablja tudi kot drsni ležaji ali tesnila v živilski in farmacevtski industriji, saj izkorišča svoje nestrupene lastnosti.
(3) Kot konstrukcijski materiali za vesoljsko, letalsko in raketno industrijo. Prvič je bil uporabljen v proizvodnji letal za zmanjšanje teže letala in izboljšanje učinkovitosti letenja. Uporablja se tudi v kemični, naftni, elektroenergetski, strojni in drugih industrijah kot rotacijsko ali batno dinamično tesnilo ali različni statični tesnilni materiali.
Zhengxi je profesionalectovarna hidravličnih stiskalnic na Kitajskem, ki zagotavlja visokokakovostnokompozitna hidravlična stiskalnicaza oblikovanje izdelkov iz CFRP.
Čas objave: 25. maj 2023
