Kompozit malzemelerin sürekli gelişmesiyle birlikte, cam elyaf takviyeli plastiklere ek olarak, karbon elyaf takviyeli plastikler, bor elyaf takviyeli plastikler vb. ortaya çıkmıştır. Karbon elyaf takviyeli polimer kompozitler (CFRP), günlük hayatımızda kullandığımız birçok ürünün üretiminde kullanılan hafif ve güçlü malzemelerdir. Karbon elyaflarını ana yapısal bileşen olarak kullanan elyaf takviyeli kompozit malzemeleri tanımlamak için kullanılan bir terimdir.
İçindekiler Tablosu:
1. Karbon Fiber Takviyeli Polimer Yapı
2. Karbon Fiber Takviyeli Plastiklerin Kalıplama Yöntemi
3. Karbon Elyaf Takviyeli Polimerin Özellikleri
4. Karbon Fiber Takviyeli Polimerlerin Avantajları
5. Karbon Fiber Takviyeli Polimerlerin Dezavantajları
6. Karbon Fiber Takviyeli Plastiklerin Kullanım Alanları
Karbon Fiber Takviyeli Polimer Yapı
Karbon fiber takviyeli plastik, karbon fiber malzemelerin belirli bir yönde düzenlenmesi ve polimer malzemelerin birleştirilmesiyle oluşturulan bir malzemedir. Karbon fiberin çapı son derece incedir, yaklaşık 7 mikron, ancak mukavemeti son derece yüksektir.
Karbon fiber takviyeli kompozit malzemenin en temel bileşen birimi karbon fiber filamenttir. Karbon filamentin temel hammaddesi prepolimer poliakrilonitril (PAN), rayon veya petrol ziftidir. Daha sonra bu karbon filamentler, kimyasal ve mekanik yöntemlerle karbon fiber kumaşlara dönüştürülerek karbon fiber parçalar için kullanılır.
Bağlayıcı polimer genellikle epoksi gibi termoset bir reçinedir. Bazen polivinil asetat veya naylon gibi diğer termoset veya termoplastik polimerler de kullanılır. Karbon fiberlere ek olarak, kompozitler aramid Q, ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen, alüminyum veya cam elyafları da içerebilir. Son karbon fiber ürününün özellikleri, bağlayıcı matrise eklenen katkı maddelerinin türünden de etkilenebilir.
Karbon Fiber Takviyeli Plastiklerin Kalıplama Yöntemi
Karbon fiber ürünleri, farklı işlemlerden dolayı büyük ölçüde farklılık gösterir. Karbon fiber takviyeli polimer malzemelerin oluşturulması için birçok yöntem mevcuttur.
1. Elle Lay-up Yöntemi
Karbon fiber kumaş, kuru yöntem (önceden hazırlanmış malzeme) ve ıslak yöntem (fiber kumaş ve reçinenin yapıştırılarak kullanılması) olmak üzere ikiye ayrılır. Elle serim yöntemi, sıkıştırma kalıplama gibi ikincil kalıplama işlemlerinde kullanılmak üzere prepreglerin hazırlanmasında da kullanılır. Bu yöntemde, karbon fiber kumaş tabakaları, nihai ürünü oluşturmak için bir kalıp üzerine lamine edilir. Elde edilen malzemenin mukavemet ve sertlik özellikleri, kumaş liflerinin hizalanması ve dokusunun seçilmesiyle optimize edilir. Daha sonra kalıp epoksi ile doldurulur ve ısı veya hava ile kürlenir. Bu üretim yöntemi genellikle motor kapakları gibi gerilimsiz parçalar için kullanılır.
2. Vakumlu Şekillendirme Yöntemi
Lamine edilmiş prepreg için, kalıba yakınlaştırmak amacıyla belirli bir işlemle basınç uygulanması ve belirli bir sıcaklık ve basınç altında kürlenip şekillendirilmesi gerekir. Vakum torbası yöntemi, şekillendirme torbasının içini vakum pompasıyla boşaltarak, torba ile kalıp arasında negatif basınç oluşturur ve böylece kompozit malzemenin kalıba yakınlaşmasını sağlar.
Vakum torbası yöntemine dayanarak, daha sonra vakum torbası-otoklav şekillendirme yöntemi geliştirilmiştir. Otoklavlar, vakum torbası yöntemine kıyasla daha yüksek basınç sağlar ve parçayı (doğal kürleme yerine) ısıtarak kürler. Bu şekilde üretilen parça daha kompakt bir yapıya, daha iyi yüzey kalitesine sahiptir, hava kabarcıklarını etkili bir şekilde ortadan kaldırabilir (kabarcıklar parçanın mukavemetini büyük ölçüde etkiler) ve genel kalitesi daha yüksektir. Aslında, vakum torbası işlemi cep telefonu film yapıştırma işlemine benzer. Hava kabarcıklarının ortadan kaldırılması önemli bir işlemdir.
3. Sıkıştırma Kalıplama Yöntemi
Sıkıştırma kalıplamaBu, seri üretime ve seri imalata elverişli bir kalıplama yöntemidir. Kalıplar genellikle erkek kalıp ve dişi kalıp olarak adlandırdığımız üst ve alt parçalardan oluşur. Kalıplama işlemi, önceden emprenye edilmiş malzemeden yapılmış matın metal karşı kalıba yerleştirilmesi ve belirli bir sıcaklık ve basınç altında matın kalıp boşluğunda ısıtılıp plastikleştirilmesi, basınç altında akması ve kalıp boşluğunu doldurması, ardından da kalıplama ve kürleme ile ürünlerin elde edilmesidir. Bununla birlikte, bu yöntemin başlangıç maliyeti önceki yöntemlere göre daha yüksektir, çünkü kalıp çok yüksek hassasiyetli CNC işleme gerektirir.
4. Sarma Kalıbı
Karmaşık şekillere sahip veya dönel cisim şeklinde parçalar için, filament sarma makinesi kullanılarak filament bir mandrel veya çekirdek üzerine sarılarak parça üretilebilir. Sarma işlemi tamamlandıktan sonra mandrel kürlenir ve çıkarılır. Örneğin, süspansiyon sistemlerinde kullanılan boru şeklindeki mafsal kolları bu yöntemle üretilebilir.
5. Reçine Transfer Kalıplama
Reçine transfer kalıplama (RTM), nispeten popüler bir kalıplama yöntemidir. Temel adımları şunlardır:
1. Hazırlanan kusurlu karbon fiber kumaşı kalıba yerleştirin ve kalıbı kapatın.
2. İçine sıvı termoset reçine enjekte edin, takviye malzemesini emdirin ve sertleştirin.
Karbon Elyaf Takviyeli Polimerin Özellikleri
(1) Yüksek mukavemet ve iyi esneklik.
Karbon fiberin özgül mukavemeti (yani çekme mukavemetinin yoğunluğa oranı), çeliğin 6 katı ve alüminyumun 17 katıdır. Özgül modülü (yani Young modülünün yoğunluğa oranı, bir cismin elastikiyetinin bir göstergesidir) ise çelik veya alüminyumun 3 katından fazladır.
Yüksek özgül mukavemeti sayesinde büyük bir çalışma yükünü taşıyabilir. Maksimum çalışma basıncı 350 kg/cm2'ye ulaşabilir. Ayrıca, saf F-4 ve örgüsüne göre daha sıkıştırılabilir ve esnektir.
(2) İyi yorulma direnci ve aşınma direnci.
Yorulma direnci, epoksi reçineden ve metal malzemelerden çok daha yüksektir. Grafit lifleri kendiliğinden yağlayıcıdır ve düşük sürtünme katsayısına sahiptir. Aşınma miktarı, genel asbest ürünlerine veya F-4 örgülerine göre 5-10 kat daha azdır.
(3) İyi ısı iletkenliği ve ısı direnci.
Karbon fiber takviyeli plastikler iyi ısı iletkenliğine sahiptir ve sürtünme sonucu oluşan ısı kolayca dağılır. İç kısım kolayca aşırı ısınmaz ve ısı depolamaz, bu nedenle dinamik bir sızdırmazlık malzemesi olarak kullanılabilir. Havada -120~350°C sıcaklık aralığında stabil çalışabilir. Karbon fiberdeki alkali metal içeriğinin azaltılmasıyla çalışma sıcaklığı daha da artırılabilir. İnert bir gazda, uyum sağlayabileceği sıcaklık yaklaşık 2000°C'ye ulaşabilir ve ani soğuk ve sıcak değişimlerine dayanabilir.
(4) İyi titreşim direnci.
Titreşim veya dalgalanmaya neden olması kolay değildir ve aynı zamanda titreşim ve gürültü azaltma konusunda da mükemmel bir malzemedir.
CFRP'nin Avantajları
1. Hafiflik
Geleneksel cam elyaf takviyeli plastikler, sürekli cam elyaflar ve %70 cam elyaf (cam ağırlığı/toplam ağırlık) kullanır ve tipik olarak inç küp başına 0,065 pound yoğunluğa sahiptir. Aynı %70 elyaf ağırlığına sahip bir CFRP kompozitinin yoğunluğu ise tipik olarak inç küp başına 0,055 pound'dur.
2. Yüksek Mukavemet
Karbon fiber takviyeli polimerler hafif olmalarına rağmen, CFRP kompozitler, cam elyaf kompozitlere kıyasla birim ağırlık başına daha yüksek mukavemete ve daha yüksek sertliğe sahiptir. Metal malzemelerle karşılaştırıldığında, bu avantaj daha belirgindir.
Karbon fiber takviyeli polimerlerin dezavantajları
1. Yüksek Maliyet
Karbon fiber takviyeli plastiklerin üretim maliyeti çok yüksektir. Karbon fiber fiyatları, mevcut piyasa koşullarına (arz ve talep), karbon fiber türüne (havacılık sınıfı vs. ticari sınıf) ve fiber demetinin boyutuna bağlı olarak önemli ölçüde değişebilir. Ağırlık bazında, saf karbon fiber, cam elyafından 5 ila 25 kat daha pahalı olabilir. Bu fark, çelik ile CFRP karşılaştırıldığında daha da büyüktür.
2. İletkenlik
Bu, karbon fiber kompozit malzemelerin avantajı ve dezavantajıdır. Uygulamaya bağlıdır. Karbon fiberler son derece iletkendir, cam fiberler ise yalıtkandır. Birçok ürün, sıkı yalıtım gereksinimleri nedeniyle karbon fiber veya metal yerine cam elyafı kullanır. Elektrik tesisatı üretiminde birçok ürün cam fiber kullanımını gerektirir.
Karbon Fiber Takviyeli Plastiklerin Kullanım Alanları
Karbon fiber takviyeli polimerlerin kullanım alanları, mekanik parçalardan askeri malzemelere kadar oldukça geniştir.
(1)sızdırmazlık ambalajı olarak
Karbon fiber takviyeli PTFE malzeme, korozyona, aşınmaya ve yüksek sıcaklığa dayanıklı sızdırmazlık halkaları veya salmastralar üretmek için kullanılabilir. Statik sızdırmazlık için kullanıldığında, kullanım ömrü daha uzundur, genel yağa batırılmış asbest salmastralara göre 10 kat daha uzundur. Yük değişimlerinde, hızlı soğuma ve hızlı ısınmada sızdırmazlık performansını koruyabilir. Ayrıca, malzeme aşındırıcı maddeler içermediğinden, metal üzerinde çukur korozyonu oluşmaz.
(2)öğütme parçaları olarak
Kendiliğinden yağlama özelliğinden yararlanılarak, özel amaçlar için rulman, dişli ve piston halkası olarak kullanılabilir. Örneğin, havacılık aletleri ve teyp kaydediciler için yağsız yağlamalı rulmanlar, elektrikli şanzımanlı dizel lokomotifler için yağsız yağlamalı dişliler (yağ sızıntısından kaynaklanan kazaları önlemek için), kompresörlerde yağsız yağlamalı piston halkaları vb. Ayrıca, toksik olmayan özelliklerinden faydalanılarak gıda ve ilaç endüstrilerinde kaymalı rulman veya conta olarak da kullanılabilir.
(3) Havacılık, uzay ve füzeler için yapısal malzeme olarak. İlk olarak uçak üretiminde uçağın ağırlığını azaltmak ve uçuş verimliliğini artırmak için kullanılmıştır. Ayrıca kimya, petrol, elektrik enerjisi, makine ve diğer endüstrilerde döner veya pistonlu dinamik conta veya çeşitli statik conta malzemeleri olarak da kullanılır.
Zhengxi bir profesyoneldir.Çin'deki hidrolik pres fabrikasıyüksek kalite sağlamakkompozit hidrolik presCFRP ürünlerinin şekillendirilmesi için.
Yayın tarihi: 25 Mayıs 2023
