Szénszál megerősített kompozit anyagok

A szénszálas megerősített kompozit anyagok olyan kompozit anyagok, amelyeket szénszál vagy szénszál szövetek felhasználásával erősítve, gyanta, kerámia, fém, cement, szén vagy gumi felhasználásával mátrixként használnak. Számos könnyű anyag közül magasabb a specifikus szilárdság és a specifikus merevség, és a könnyű hatás nagyon nyilvánvaló. Ezeket széles körben használják repülőgép- és katonai termékekben. A súlycsökkentési hatás különösen nyilvánvaló, ha a jármű testének szerkezeti részeiben használják. 50% -kal könnyebbek, mint az acélanyagok, és 30% -kal könnyebbek, mint az alumínium anyagok. Ezért a fő hazai és külföldi autóipari társaságok széles körű figyelmét vonzták.

Jellegzetes

A szén kompozit anyagok tulajdonságai elsősorban három szempontból nyilvánulnak meg: mechanikai tulajdonságok, termofizikai tulajdonságok és termikus ablációs tulajdonságok.

(1) alacsony sűrűség (kb. 1,7 g/cm3). Ez a legkönnyebb anyag a szerkezetekben, amelyek ellenállnak a magas hőmérsékleteknek. Jó magas hőmérsékleti szilárdsággal rendelkezik, és 2200 ℃-nél képes megőrizni a szobahőmérsékleti szilárdságot. Nagy törés -szilárdsággal, fáradtság ellenállással és kúszási ellenállással rendelkezik. Sőt, a szakítószilárdsága és az elasztikus modulus magasabb, mint az általános szén anyagoké. A rost -orientáció jelentősen befolyásolja az anyag szilárdságát. Ha stressznek vetik alá, a stressz-feszültséggörbe "ál-pooplasztikus hatást" mutat, azaz lineáris a terhelés elején, majd bilineáris kapcsolatgá válik. A kirakodás és az újratöltés után a görbe lineáris marad, és elérheti az eredeti terhelési szintet.

2. Kis hőtágulási együtthatója van, nagy fajlagos hőkapacitással rendelkezik, nagy mennyiségű hőenergiát tárol, alacsony hővezetőképességgel rendelkezik, és kiválóan ellenáll a termikus sokknak és a termikus súrlódásnak.
3. Jó hő ablációs ellenállással rendelkezik. A termikus ablációs rezisztencia a szilárd anyagok felületvesztésének jelensége, amelyet a hőáramlás hatására termokémiai és mechanikai folyamatok okoznak. Nagy mennyiségű hőt vesznek el a felszíni anyag ablációja, amely megakadályozhatja a hő áramlását az anyagba. A CC anyag egy szublimáció-sugárzás típusú anyag.

Szénszálas erősített kompozit anyagok alkalmazása

A szénszálas megerősített kompozit anyagok kiváló mechanikai és termikus tulajdonságai széles körben használják a nukleáris reaktorokban, a szilárd rakéta fúvókákban, a hőcserélőkben és a féktárcsákban [2]. A CC anyagok termikus ablációs teljesítményét széles körben használják az ablatív hővédő anyagokban. Például felhasználható a rakétafúvóka torokbéleiben és a hosszú távú rakéta orrkúpokban; Másodszor, használható elektródlemezekként az elektronikus és az elektromos iparban, és mesterséges szívszeleptestekként az orvosi alkalmazásokban.

Összetett alapelv

Szénszálas vagy szénszálas szövetet használ megerősítésként és szén- vagy grafitált gyantát mátrixként.

Ez a kompozit anyag kiváló magas hőmérsékleti szilárdságot, stabil morfológiát mutat magas hőmérsékleten, magas szublimációs hőmérsékleten és kiváló abláció-rezisztens depressziós ellenállással. Ezenkívül nagy szilárdsággal és merevséggel rendelkezik a megerősítési irányral párhuzamosan, ellenzi a repedés terjedését, rezgéscsillapítást biztosít, és sugárzási ellenálló.

Feldolgozási módszerek

A szén -kompozitok formázási és feldolgozási technológiája magában foglalja a szénszálas üregek előállítását, a szénmátrix gyártását, valamint a mátrix és a szálak kompozitját.

Először a szénszálak vagy a szénszálas szövetek üresekké alakulnak. A nyersanyag formájától függően ezek az üres helyek a következőkre vannak kategorizálva: hosszú rostos tekercsek; A szén érezhető rövid rostos öntvény vagy fröccsöntés; és grafitszövet laminálása. Jelenleg az üres helyeket elsősorban trixiális szövetek felhasználásával fejlesztették ki. Ezeket a szöveteket ortogonálisan elrendezik 90 ° -on az X, Y és Z irányban. Az egyes irányban lévő szénszálak a szöveten belül vannak igazítva, hatékonyan felhasználva a szálak mechanikai tulajdonságait.

Másodszor, a kompozit mátrixot elkészítik. A szén-szén kompozit mátrixok kétféle típusúak: gyanta szén és pirolitikus szén. A gyantát szintetikus gyanták vagy aszfalt karbonizálásával és grafitizálásával nyerik, míg a pirolitikus szén szénhidrogén -gázok gőzlerakódásával nyerhető.

Végül, az üres és a mátrix összeállt és öntött.

Két módszer létezik.

Először, a kerozinból és a kőolajból származó olvadt hangmagasság impregnálódik a szénszál szerkezeti résekbe hő és nyomás alatt, majd pirolizált. Az impregnálási és pirolízis ciklusokat addig megismételjük, amíg a kompozit anyag el nem éri a kívánt sűrűségt.

Másodszor, a nagy szilárdságú pirolitikus grafitot egy forró szubsztrátumon alakítják ki, gőzfázisú kémiai lerakódás alkalmazásával.

Feldolgozási technológia

Hagyományos folyamatok A hagyományos szénszál-kompozit anyagok számára számos öntési folyamat létezik, például fröccsöntés, kézi felépítés, kanyargós formázás és kompressziós formázás. Ezeket a folyamatokat széles körben használják az autóipari szénszálas kompozit alkatrészekben, például a sportautó testének kézi elrendezési formázási folyamatában, a nehéz teherautó tetejének fröccsöntési folyamatában, a szálas kanyargós formázási folyamat nagynyomású gázhengerekhez a személygépkocsik számára, és a kompressziós formázási folyamat egy kisteherautó dobozához. [3] A gyantaátviteli formázási folyamat A hagyományos formázási folyamatok általában alacsony termelési hatékonysággal, hosszú termelési ciklusokkal, rossz munkakörnyezetekkel rendelkeznek, és gyakran nem alkalmasak tömegtermelésre. Jelenleg a gyantaátviteli formázási (RTM) formázási folyamat egyre több figyelmet kapott. Az RTM folyamat a kompozit anyagok általánosan használt öntési folyamat. Ez a folyamat az, hogy a szálas megerősítő anyagot vagy az előformát egy zárt formájú üregbe helyezzük, a gyanta folyadékot beinjektálják a penészüregbe nyomás alá, áztassák a rostot vagy az előformát, majd megszilárdítják és megsemmisítik az öntött terméket. Ezt a folyamatot jellemzi, hogy képes-e mindkét oldalán sima felületekkel és nagy öntési hatékonyságú termékeket előállítani, így alkalmassá teszi a közepes méretű kompozit terméktermelésre (éves termelés 20 000–50 000 darab). Ez egy zárt film-öntési technológia, környezetbarát, és lehetővé teszi a megerősítések rugalmas elhelyezését a termék terhelési feltételei alapján. Minimális beruházást igényel a gyártóberendezésekbe, olcsó, nagy teljesítményű kompozit formázási technológiát képvisel, különös tekintettel az autóipari szerkezeti és testpanelek kis tételű, nagy változatának előállítására. Nemzetközileg széles körben elfogadták.

Vákuum-asszociált gyantaátviteli öntvény és gyanta infúziós öntvény

Az RTM technológia nemzetközi szinten tapasztalt gyors fejlődést, folyamatosan új formázási módszerekkel. A vákuum-asszociált gyantaátviteli formázás (VARTM) és a Siemens kompozitok gyanta infúziós formázása (SCRIMP) jelenleg a legszélesebb körben használt és reprezentatív származékok. Ez a két formázási technológia vákuum-asszisztens nyomás impregnálást használ, lehetővé téve a rost-megerősítések gyorsabb, egységesebb impregnálását egy szélesebb területen, ami stabilabb és jobb termékminőséget eredményez. A vákuum-asszociált gyanta infúzió (VARI) egy új, olcsó formázási technológia a nagy kompozit alkatrészekhez. Vákuumban eltávolítja a gázt a szálak megerősítéséből, felhasználva a gyanta áramlását és behatolását a szálak és a szövet impregnálásához, majd szobahőmérsékleten gyógyul, hogy kialakítsák a rost-erősített anyagot. A VARI rendkívül hatékony öntési módszer a nagy, vastag kompozit alkatrészekhez. A hagyományos kompozit formázási folyamatok megnehezítik a nagy formákat, amelyek megnehezítik és drágák, ezáltal a gyártás különösen kihívást jelent, különösen a vastag autóipari alkatrészek esetében. A hagyományos folyamatokhoz képest a vari formázási folyamat kiküszöböli az autokláv szükségességét, szobahőmérsékleten gyógyítható, és magasabb hőmérsékleten használható az utófeldolgozás, például a vágás és a felület permetezése után. Emellett olyan alkatrészeket állít elő, amelyek alacsonyabb érvényű tartalmat, jobb teljesítményt és nagyobb rosttartalmat tartalmaznak, mint a kézi felépítési módszerek.

Fejleszt

Jelenleg a szén-szén kompozitok fejlesztése az új folyamatok és berendezések kutatásán és fejlesztésén alapul, és arra törekszik, hogy csökkentse a termelési költségeket, és megtalálja a velejáró hiányosságok leküzdésének módját. Például a szén-szén kompozitok rossz antioxidáns tulajdonságokkal rendelkeznek. Ennek javítására szolgáló jelenlegi módszerek között szerepel az antioxidánsok hozzáadása a gyanta impregnálása során, és más antioxidáns elemek hozzáadása a gőzlerakódás során. A szén-szén kompozitok más rejlő hiányosságokkal is rendelkeznek, mint például a hosszú feldolgozási ciklusok, a rossz plaszticitás és a magas költségek. Ezeket a hiányosságokat a jövőbeli fejlemények kezelik.