Са континуираним развојем композитних материјала, поред пластике ојачане стакленим влакнима, појавиле су се пластике ојачане угљеничним влакнима, пластике ојачане боровим влакнима итд. Полимерни композити ојачани угљеничним влакнима (CFRP) су лагани и чврсти материјали који се користе за производњу многих производа које користимо у свакодневном животу. То је термин који се користи за описивање композитних материјала ојачаних влакнима који користе угљенична влакна као главну структурну компоненту.
Садржај:
1. Структура полимера ојачаног угљеничним влакнима
2. Метода обликовања пластике ојачане угљеничним влакнима
3. Особине полимера ојачаног угљеничним влакнима
4. Предности CFRP-а
5. Недостаци CFRP-а
6. Употреба пластике ојачане угљеничним влакнима
Структура полимера ојачаног угљеничним влакнима
Пластика ојачана угљеничним влакнима је материјал формиран распоређивањем материјала од угљеничних влакана у одређеном правцу и коришћењем везаних полимерних материјала. Пречник угљеничних влакана је изузетно танак, око 7 микрона, али је његова чврстоћа изузетно велика.
Најосновнија састојна јединица композитног материјала ојачаног угљеничним влакнима је филамент од угљеничних влакана. Основна сировина за угљеничне филаменте је преполимер полиакрилонитрил (ПАН), рајон или нафтна смола. Угљеничне нити се затим хемијским и механичким методама прерађују у тканине од угљеничних влакана за делове од угљеничних влакана.
Везни полимер је обично термореактивна смола као што је епоксидна смола. Понекад се користе и други термореактивни или термопластични полимери, као што су поливинил ацетат или најлон. Поред угљеничних влакана, композити могу да садрже и арамид Q, полиетилен ултра високе молекулске тежине, алуминијум или стаклена влакна. На својства финалног производа од угљеничних влакана може утицати и врста адитива унетих у везивну матрицу.
Метода обликовања пластике ојачане угљеничним влакнима
Производи од угљеничних влакана се углавном разликују због различитих процеса. Постоји много метода за формирање полимерних материјала ојачаних угљеничним влакнима.
1. Метод ручног полагања
Подељен је на суви метод (претходно припремљена радионица) и мокри метод (влакнаста тканина и смола лепљени за употребу). Ручно полагање се такође користи за припрему препрега за употребу у секундарним процесима обликовања као што је компресијско обликовање. Овај метод је где се листови тканине од угљеничних влакана ламинирају на калуп да би се формирао коначни производ. Чврстоћа и крутост добијеног материјала се оптимизују одабиром поравнања и ткања влакана тканине. Калуп се затим пуни епоксидом и очвршћава топлотом или ваздухом. Овај метод производње се често користи за делове који нису под напрезањем, као што су поклопци мотора.
2. Метод вакуумског обликовања
За ламинирани препрег, потребно је применити притисак кроз одређени процес како би се приближио калупу и како би се стврднуо и обликовао под одређеном температуром и притиском. Метода вакуумске вреће користи вакуумску пумпу за евакуацију унутрашњости вреће за обликовање тако да негативни притисак између вреће и калупа ствара притисак тако да композитни материјал буде близу калупа.
На основу методе вакуумског паковања, касније је изведена метода вакуумског паковања у аутоклав. Аутоклави обезбеђују већи притисак и термички стврдњавају део (уместо природног стврдњавања) него методе које користе само вакуумско паковање у кесу. Такав део има компактнију структуру, бољи квалитет површине, може ефикасно елиминисати мехуриће ваздуха (мехурићи ће значајно утицати на чврстоћу дела), а укупни квалитет је виши. У ствари, процес вакуумског паковања у кесу је сличан процесу лепљења фолије за мобилне телефоне. Уклањање мехурића ваздуха је важан задатак.
3. Метода компресионог обликовања
Компресијско обликовањеје метода обликовања која погодује масовној производњи. Калупи се обично праве од горњег и доњег дела, које називамо мушким и женским калупом. Процес обликовања је да се материјал направљен од препрега стави у метални контра калуп, и под дејством одређене температуре и притиска, материјал се загрева и пластификује у шупљини калупа, тече под притиском и испуњава шупљину калупа, а затим се обликује и стврдњава да би се добили производи. Међутим, овај метод има веће почетне трошкове од претходних, јер калуп захтева веома прецизну ЦНЦ обраду.
4. Калупи за намотавање
За делове сложених облика или у облику тела обртаја, може се користити намотавач филамента за израду дела намотавањем филамента на трн или језгро. Након што се намотавање потпуно стврдне, трн се уклања. На пример, цевасти зглобови који се користе у системима вешања могу се направити овом методом.
5. Пренос смоле у обликовање
Пренос смоле у облику пластике (RTM) је релативно популарна метода обликовања. Њени основни кораци су:
1. Ставите припремљену тканину од лоших угљеничних влакана у калуп и затворите калуп.
2. Убризгајте течну термореактивну смолу у њу, импрегнирајте арматуру и очврсните.
Својства полимера ојачаног угљеничним влакнима
(1) Висока чврстоћа и добра еластичност.
Специфична чврстоћа (тј. однос затезне чврстоће и густине) угљеничних влакана је 6 пута већа од челика и 17 пута већа од алуминијума. Специфични модул (тј. однос Јанговог модула и густине, што је знак еластичности објекта) је више од 3 пута већи од челика или алуминијума.
Са високом специфичном чврстоћом, може да поднесе велико радно оптерећење. Његов максимални радни притисак може достићи 350 кг/цм2. Поред тога, компресивнији је и отпорнији од чистог Ф-4 и његове плетенице.
(2) Добра отпорност на замор и отпорност на хабање.
Његова отпорност на замор је много већа од епоксидне смоле и већа од металних материјала. Графитна влакна су самоподмазујућа и имају мали коефицијент трења. Количина хабања је 5-10 пута мања него код општих азбестних производа или Ф-4 плетеница.
(3) Добра топлотна проводљивост и отпорност на топлоту.
Пластика ојачана угљеничним влакнима има добру топлотну проводљивост, а топлота настала трењем се лако расипа. Унутрашњост се не прегрева лако и складишти топлоту и може се користити као динамички заптивни материјал. На ваздуху може стабилно да ради у температурном опсегу од -120~350°C. Смањењем садржаја алкалних метала у угљеничним влакнима, радна температура се може додатно повећати. У инертном гасу, његова прилагодљива температура може достићи око 2000°C и може да издржи нагле промене хладноће и топлоте.
(4) Добра отпорност на вибрације.
Није лако резонирати или треперити, а такође је одличан материјал за смањење вибрација и смањење буке.
Предности CFRP-а
1. Мала тежина
Традиционалне пластике ојачане стакленим влакнима користе континуирана стаклена влакна и 70% стаклених влакана (тежина стакла/укупна тежина) и обично имају густину од 0,065 фунти по кубном инчу. CFRP композит са истих 70% тежине влакана обично има густину од 0,055 фунти по кубном инчу.
2. Висока чврстоћа
Иако су полимери ојачани угљеничним влакнима лагани, CFRP композити имају већу чврстоћу и већу крутост по јединици тежине од композита од стаклених влакана. У поређењу са металним материјалима, ова предност је очигледнија.
Недостаци CFRP-а
1. Висока цена
Трошкови производње пластике ојачане угљеничним влакнима су превисоки. Цене угљеничних влакана могу драматично да варирају у зависности од тренутних тржишних услова (понуда и потражња), врсте угљеничних влакана (ваздухопловна наспрам комерцијалне класе) и величине снопа влакана. На бази фунте по фунти, необрађена угљенична влакна могу бити 5 до 25 пута скупља од стаклених влакана. Ова разлика је још већа када се упореди челик са CFRP-ом.
2. Проводљивост
Ово је предност и мана композитних материјала од угљеничних влакана. Зависи од примене. Угљенична влакна су изузетно проводљива, а стаклена влакна су изолациона. Многи производи користе фиберглас уместо угљеничних влакана или метала јер захтевају строгу изолацију. У производњи комуналних услуга, многи производи захтевају употребу стаклених влакана.
Употреба пластике ојачане угљеничним влакнима
Примене полимера ојачаног угљеничним влакнима су широке у животу, од механичких делова до војних материјала.
(1)као заптивно паковање
ПТФЕ материјал ојачан угљеничним влакнима може се прерађивати у заптивне прстенове или паковања отпорне на корозију, хабање и високе температуре. Када се користи за статичко заптивање, век трајања је дужи, више од 10 пута дужи од општег азбестног паковања уроњеног у уље. Може одржати перформансе заптивања под променама оптерећења и брзим хлађењем и брзим загревањем. А пошто материјал не садржи корозивне супстанце, неће доћи до тачкасте корозије на металу.
(2)као делови за брушење
Користећи своја самоподмазујућа својства, може се користити као лежајеви, зупчаници и клипни прстенови за посебне намене. Као што су лежајеви подмазани без уља за авионске инструменте и магнетофоне, зупчаници подмазани без уља за електричне дизел локомотиве (како би се избегле незгоде изазване цурењем уља), клипни прстенови подмазани без уља на компресорима итд. Поред тога, може се користити и као клизни лежајеви или заптивке у прехрамбеној и фармацеутској индустрији користећи своје нетоксичне карактеристике.
(3) Као структурни материјали за ваздухопловство, авијацију и ракете. Првобитно је коришћен у производњи авиона ради смањења тежине авиона и побољшања ефикасности лета. Такође се користи у хемијској, нафтној, електроенергетској, машинској и другим индустријама као ротациони или клипни динамички заптивач или разни статички материјали за заптивање.
Женгкси је професионалацфабрика хидрауличних преса у Кини, пружајући висок квалитеткомпозитна хидраулична пресаза обликовање CFRP производа.
Време објаве: 25. мај 2023.
