Kasabay ng patuloy na pag-unlad ng mga composite material, bukod pa sa glass fiber-reinforced plastics, lumitaw din ang carbon fiber-reinforced plastics, boron fiber-reinforced plastics, at iba pa. Ang carbon fiber reinforced polymer composites (CFRP) ay magaan at matibay na materyales na ginagamit sa paggawa ng maraming produktong ginagamit natin sa ating pang-araw-araw na buhay. Ito ay isang terminong ginagamit upang ilarawan ang mga fiber-reinforced composite materials na gumagamit ng carbon fibers bilang pangunahing bahagi ng istruktura.
Talaan ng Nilalaman:
1. Istrukturang Polimer na Pinatibay ng Carbon Fiber
2. Ang Paraan ng Paghubog ng Plastik na Pinatibay ng Carbon Fiber
3. Mga Katangian ng Carbon Fiber Reinforced Polymer
4. Mga Bentahe ng CFRP
5. Mga disbentaha ng CFRP
6. Mga Gamit ng Plastik na Pinatibay ng Carbon Fiber
Istrukturang Polimer na Pinatibay ng Carbon Fiber
Ang plastik na pinatibay ng carbon fiber ay isang materyal na nabuo sa pamamagitan ng pag-aayos ng mga materyales na gawa sa carbon fiber sa isang tiyak na direksyon at paggamit ng mga nakadikit na materyales na polimer. Ang diyametro ng carbon fiber ay napakanipis, mga 7 microns, ngunit ang lakas nito ay napakataas.
Ang pinakasimpleng yunit ng bumubuo sa carbon fiber reinforced composite material ay ang carbon fiber filament. Ang pangunahing hilaw na materyal ng carbon filament ay prepolymer polyacrylonitrile (PAN), rayon, o petroleum pitch. Ang mga carbon filament ay ginagawa namang mga tela ng carbon fiber sa pamamagitan ng kemikal at mekanikal na mga pamamaraan para sa mga bahagi ng carbon fiber.
Ang binding polymer ay karaniwang isang thermosetting resin tulad ng epoxy. Minsan ay ginagamit ang iba pang mga thermoset o thermoplastic polymer, tulad ng polyvinyl acetate o nylon. Bukod sa mga carbon fiber, ang mga composite ay maaari ring maglaman ng aramid Q, ultra-high molecular weight polyethylene, aluminum, o glass fibers. Ang mga katangian ng pangwakas na produkto ng carbon fiber ay maaari ring maapektuhan ng uri ng mga additives na ipinasok sa bonding matrix.
Ang Paraan ng Paghubog ng Plastik na Pinatibay ng Carbon Fiber
Ang mga produktong carbon fiber ay pangunahing magkakaiba dahil sa iba't ibang proseso. Maraming mga pamamaraan para sa pagbuo ng mga materyales na polimer na pinatibay ng carbon fiber.
1. Paraan ng Paglalagay ng Kamay
Nahahati sa dry method (pre-prepared shop) at wet method (fiber fabric at resin glued para magamit). Ginagamit din ang hand lay-up para ihanda ang mga prepreg para gamitin sa mga proseso ng secondary molding tulad ng compression molding. Ang pamamaraang ito ay kung saan ang mga sheet ng carbon fiber cloth ay nilalaminate sa isang molde upang mabuo ang pangwakas na produkto. Ang mga katangian ng lakas at stiffness ng nagresultang materyal ay na-optimize sa pamamagitan ng pagpili ng alignment at paghabi ng mga hibla ng tela. Ang molde ay pagkatapos ay pinupuno ng epoxy at pinapagaling gamit ang init o hangin. Ang pamamaraang ito ng paggawa ay kadalasang ginagamit para sa mga bahaging hindi stressed, tulad ng mga takip ng makina.
2. Paraan ng Pagbubuo ng Vacuum
Para sa laminated prepreg, kinakailangang maglagay ng presyon sa pamamagitan ng isang partikular na proseso upang mailapit ito sa molde at upang matuyo at mahubog ito sa ilalim ng isang partikular na temperatura at presyon. Ang paraan ng vacuum bag ay gumagamit ng vacuum pump upang alisin ang loob ng forming bag nang sa gayon ang negatibong presyon sa pagitan ng bag at ng molde ay bumuo ng presyon nang sa gayon ang composite material ay malapit sa molde.
Batay sa pamamaraan ng vacuum bag, ang pamamaraan ng pagbuo ng vacuum bag-autoclave ay kalaunang nabuo. Ang mga autoclave ay nagbibigay ng mas mataas na presyon at nagpapagaling sa bahagi gamit ang init (sa halip na natural na pagpapagaling) kaysa sa mga pamamaraan ng vacuum bag lamang. Ang ganitong bahagi ay may mas siksik na istraktura, mas mahusay na kalidad ng ibabaw, epektibong nakakapag-alis ng mga bula ng hangin (ang mga bula ay lubos na makakaapekto sa lakas ng bahagi), at mas mataas ang pangkalahatang kalidad. Sa katunayan, ang proseso ng vacuum bagging ay katulad ng sa pagdikit ng film ng mobile phone. Ang pag-alis ng mga bula ng hangin ay isang pangunahing gawain.
3. Paraan ng Paghubog gamit ang Kompresyon
Paghubog ng kompresyonay isang paraan ng paghubog na nakakatulong sa malawakang produksyon at produksyon. Ang mga hulmahan ay karaniwang gawa sa itaas at ibabang bahagi, na tinatawag nating male mold at female mold. Ang proseso ng paghubog ay ang paglalagay ng banig na gawa sa prepregs sa metal counter mold, at sa ilalim ng aksyon ng ilang temperatura at presyon, ang banig ay pinainit at pinaplastikan sa lukab ng hulmahan, dumadaloy sa ilalim ng presyon, at pinupuno ang lukab ng hulmahan, at pagkatapos ay hinuhubog at pinapagaling upang makakuha ng mga produkto. Gayunpaman, ang pamamaraang ito ay may mas mataas na paunang gastos kaysa sa mga nauna, dahil ang hulmahan ay nangangailangan ng napakataas na katumpakan na CNC machining.
4. Paghubog ng Paikot-ikot
Para sa mga bahaging may masalimuot na hugis o nasa hugis ng isang katawan ng rebolusyon, maaaring gamitin ang isang filament winder upang gawin ang bahagi sa pamamagitan ng pag-ikot ng filament sa isang mandrel o core. Matapos matuyo nang lubusan ang pag-ikot, alisin ang mandrel. Halimbawa, ang mga tubular joint arm na ginagamit sa mga suspension system ay maaaring gawin gamit ang pamamaraang ito.
5. Paghubog ng Dagta sa Paglilipat
Ang resin transfer molding (RTM) ay isang medyo popular na paraan ng paghubog. Ang mga pangunahing hakbang nito ay:
1. Ilagay ang inihandang sirang tela na gawa sa carbon fiber sa molde at isara ang molde.
2. Magturok ng likidong thermosetting resin dito, ibabad ang pampalakas na materyal, at patuyuin.
Mga Katangian ng Carbon Fiber Reinforced Polymer
(1) Mataas na lakas at mahusay na elastisidad.
Ang tiyak na lakas (ibig sabihin, ang ratio ng tensile strength sa density) ng carbon fiber ay 6 na beses kaysa sa bakal at 17 beses kaysa sa aluminum. Ang tiyak na modulus (ibig sabihin, ang ratio ng Young's modulus sa density, na isang tanda ng elasticity ng isang bagay) ay higit sa 3 beses kaysa sa bakal o aluminum.
Dahil sa mataas na tiyak na lakas, kaya nitong magdala ng malaking working load. Ang pinakamataas na working pressure nito ay maaaring umabot sa 350 kg/cm2. Bukod pa rito, mas mapipiga at mas matatag ito kaysa sa purong F-4 at sa tirintas nito.
(2) Mahusay na resistensya sa pagkapagod at pagkasira.
Ang resistensya nito sa pagkahapo ay mas mataas kaysa sa epoxy resin at mas mataas kaysa sa mga materyales na metal. Ang mga hibla ng graphite ay self-lubricating at may maliit na coefficient of friction. Ang dami ng pagkasira ay 5-10 beses na mas maliit kaysa sa mga pangkalahatang produktong asbestos o mga tirintas na F-4.
(3) Mahusay na kondaktibiti ng init at resistensya sa init.
Ang mga plastik na pinatibay ng carbon fiber ay may mahusay na thermal conductivity, at ang init na nalilikha ng friction ay madaling mawala. Ang loob ay hindi madaling uminit nang sobra at mag-imbak ng init at maaaring gamitin bilang isang dynamic sealing material. Sa hangin, maaari itong gumana nang matatag sa hanay ng temperatura na -120~350°C. Sa pamamagitan ng pagbawas ng nilalaman ng alkali metal sa carbon fiber, ang temperatura ng serbisyo ay maaaring tumaas pa. Sa isang inert gas, ang temperatura nito na madaling iakma ay maaaring umabot sa humigit-kumulang 2000°C, at maaari nitong mapaglabanan ang biglaang pagbabago sa lamig at init.
(4) Mahusay na resistensya sa panginginig ng boses.
Hindi ito madaling umalingawngaw o gumalaw, at isa rin itong mahusay na materyal para sa pagbabawas ng vibration at ingay.
Mga Bentahe ng CFRP
1. Magaan
Ang mga tradisyonal na plastik na pinatibay ng glass fiber ay gumagamit ng mga tuloy-tuloy na glass fiber at 70% na glass fiber (bigat ng salamin/kabuuang timbang) at karaniwang may densidad na 0.065 pounds kada cubic inch. Ang isang CFRP composite na may parehong 70% na bigat ng hibla ay karaniwang may densidad na 0.055 pounds kada cubic inch.
2. Mataas na Lakas
Bagama't magaan ang mga polymer na pinatibay ng carbon fiber, ang mga CFRP composite ay may mas mataas na lakas at mas mataas na stiffness kada yunit ng timbang kaysa sa mga glass fiber composite. Kung ikukumpara sa mga materyales na metal, mas halata ang kalamangang ito.
Mga disbentaha ng CFRP
1. Mataas na Gastos
Napakamahal ng gastos sa produksyon ng carbon fiber reinforced plastic. Ang mga presyo ng carbon fiber ay maaaring mag-iba nang malaki depende sa kasalukuyang kondisyon ng merkado (supply at demand), ang uri ng carbon fiber (aerospace vs. commercial grade), at ang laki ng fiber bundle. Sa pound-for-pound na batayan, ang virgin carbon fiber ay maaaring 5 hanggang 25 beses na mas mahal kaysa sa glass fiber. Mas malaki pa ang pagkakaibang ito kapag inihambing ang bakal sa CFRP.
2. Konduktibidad
Ito ang bentaha at disbentaha ng mga materyales na gawa sa carbon fiber. Depende ito sa aplikasyon. Ang mga carbon fiber ay lubos na konduktibo at ang mga glass fiber ay insulating. Maraming produkto ang gumagamit ng fiberglass sa halip na carbon fiber o metal dahil nangangailangan ang mga ito ng mahigpit na insulation. Sa produksyon ng mga utility, maraming produkto ang nangangailangan ng paggamit ng glass fiber.
Mga Gamit ng Plastik na Pinatibay ng Carbon Fiber
Malawak ang gamit ng carbon fiber reinforced polymer sa buhay, mula sa mga mekanikal na bahagi hanggang sa mga materyales pangmilitar.
(1)bilang pagbubuklod ng pambalot
Ang materyal na PTFE na pinatibay ng carbon fiber ay maaaring gawing mga sealing ring o packing na lumalaban sa kalawang, pagkasira, at mataas na temperatura. Kapag ginamit para sa static sealing, ang buhay ng serbisyo ay mas mahaba, mahigit 10 beses na mas mahaba kaysa sa pangkalahatang oil-immersed asbestos packing. Kaya nitong mapanatili ang performance ng sealing sa ilalim ng mga pagbabago sa load at mabilis na paglamig at pag-init. At dahil ang materyal ay walang mga corrosive substance, walang pitting corrosion na magaganap sa metal.
(2)bilang mga bahagi ng paggiling
Gamit ang mga katangian nitong self-lubricating, maaari itong gamitin bilang mga bearings, gears, at piston rings para sa mga espesyal na layunin. Tulad ng oil-free lubricated bearings para sa mga instrumento sa abyasyon at tape recorder, oil-free lubricated gears para sa mga electric transmission diesel locomotive (upang maiwasan ang mga aksidenteng dulot ng pagtagas ng langis), oil-free lubricated piston rings sa mga compressor, atbp. Bukod pa rito, maaari rin itong gamitin bilang mga sliding bearings o seal sa industriya ng pagkain at parmasyutiko sa pamamagitan ng pagsasamantala sa mga hindi nakalalasong katangian nito.
(3) Bilang mga materyales na pang-istruktura para sa aerospace, abyasyon, at mga misayl. Una itong ginamit sa paggawa ng sasakyang panghimpapawid upang mabawasan ang bigat ng sasakyang panghimpapawid at mapabuti ang kahusayan sa paglipad. Ginagamit din ito sa kemikal, petrolyo, kuryente, makinarya, at iba pang mga industriya bilang isang rotary o reciprocating dynamic seal o iba't ibang static seal materials.
Si Zhengxi ay isang propesyonalpabrika ng hydraulic press sa Tsina, na nagbibigay ng mataas na kalidadpinagsamang haydroliko na pindutinpara sa pagbuo ng mga produktong CFRP.
Oras ng pag-post: Mayo-25-2023
