Армовані композитні матеріали з вуглецевого волокна

Композитні матеріали, армовані вуглецевим волокном, - це композитні матеріали, утворені за допомогою тканини з вуглецевого волокна або вуглецевого волокна як арматури та смоли, кераміки, металу, цементу, вуглецю або гуми в якості матриці. Серед багатьох легких матеріалів вони мають більш високу сили та питому жорсткість, а легкий ефект дуже очевидний. Вони широко використовуються в аерокосмічній та військовій продукції. Ефект зменшення ваги особливо очевидний при використанні в структурних частинах корпусу транспортного засобу. Вони на 50% легші, ніж сталеві матеріали та на 30% легші, ніж алюмінієві матеріали. Тому вони привернули широку увагу великих внутрішніх та іноземних автомобільних компаній.

Характерний

Властивості вуглецевих композитних матеріалів в основному проявляються у трьох аспектах: механічні властивості, термофізичні властивості та властивості теплової абляції.

(1) Низька щільність (приблизно 1,7 г/см3). Це найлегший матеріал у структурах, які витримують високі температури. Він має хорошу високотемпературну силу і може зберігати силу кімнатної температури на 2200 ℃. Він має високу міцність на перелом, стійкість до втоми та стійкість до повзучості. Більше того, його міцність на розрив та модуль пружності вище, ніж у загальних вуглецевих матеріалів. Орієнтація волокна суттєво впливає на міцність матеріалу. Піддаючись стресу, його крива напруги стресу показує "псевдопластичний ефект", тобто він лінійний на початку застосування навантаження, а потім стає білінеарним відношенням. Після вивантаження та перезавантаження крива залишається лінійною і може досягти початкового рівня навантаження.

2. Він має невеликий коефіцієнт теплового розширення, висока питома теплоємність, може зберігати велику кількість теплової енергії, має низьку теплопровідність і має відмінну стійкість до теплового удару та термічного тертя.
3. Він має хорошу термічну стійкість до абляції. Термічна стійкість до абляції - це явище поверхневої втрати твердих матеріалів, спричинених термохімічними та механічними процесами при дії теплового потоку. Велика кількість тепла відбирається абляцією поверхневого матеріалу, що може запобігти проникненню тепла в матеріал. Матеріал CC-це матеріал типу сублімації.

Застосування композитних матеріалів, посилених вуглецевим волокном

Відмінні механічні та теплові властивості армованих вуглецевих волокон композитних матеріалів роблять його широко використовуваним у ядерних реакторах, твердих ракетних форсунках, теплообмінниках та гальмівних дисках [2]. Теплова абляція матеріалів CC широко використовується в абляційних матеріалах із захисту від тепла. Наприклад, його можна використовувати в ракетних соплах горла та довгих ракетних конусах; По -друге, його можна використовувати як електродні таблички в електронній та електричній промисловості та як штучні тіла клапана серцевого клапана в медичному застосуванні.

Композитний принцип

Він використовує тканину з вуглецевого волокна або вуглецевого волокна як арматура, а вуглець або графізована смола як матриця.

Цей композитний матеріал демонструє чудову високотемпературну міцність, стабільну морфологію при високих температурах, високу температуру сублімації та відмінна стійкість до депресії. Він також має високу міцність і жорсткість, паралельна напрямку арматури, чинить опір тріщин, забезпечує демпфірування вібрації та стійкий до випромінювання.

Методи обробки

Технологія ліплення та переробки для вуглецевих композитів передбачає виробництво променів вуглецевих волокон, виготовлення вуглецевої матриці та композит матриці та волокон.

По -перше, вуглецеві волокна або тканини з вуглецевого волокна утворюються в заготовки. Залежно від форми сировини, ці заготовки класифікуються на: довгу обмотку волокна; Вуглецевий фетер коротке лиття волокна або ліплення впорскування; і ламінування графітової тканини. В даний час заготовки в основному розробляються за допомогою трисових тканин. Ці тканини розташовані ортогонально при 90 ° у напрямках X, Y та Z. Вуглецеві волокна в кожному напрямку вирівнюються всередині тканини, ефективно використовуючи механічні властивості волокон.

По -друге, готується композитна матриця. Композитні матриці вуглецю-вуглець бувають двох типів: вуглець смоли та піролітичного вуглецю. Смоляний вуглець отримують шляхом карбонізації та графітизації синтетичних смол або асфальту, тоді як піролітичний вуглець отримують шляхом осадження пари вуглеводневих газів.

Нарешті, порожня та матриця складені та формуються.

Існує два методи.

По -перше, розплавлений крок, отриманий з гасу та нафти, просочений у структурні зазори порожнього вуглецевого волокна під теплом і тиском, потім піролізованим. Просочення та цикли піролізу повторюються, поки композитний матеріал не досягне бажаної щільності.

По-друге, високоміцна піролітичний графіт утворюється на гарячому субстраті за допомогою хімічного осадження парової фази.

Технологія обробки

Традиційні процеси Існує багато процесів лиття для традиційних композитних матеріалів з вуглецевого волокна, таких як ліплення для ін'єкцій, лиття рук, ліплення намотування та ліплення стиснення. Ці процеси широко використовуються в композиційних деталях автомобільних вуглецевих волокон, таких як процес ліплення рук для спортивного корпусу автомобіля, процес ліплення впорскування для вершини важкої вантажівки, процес намотування волокна для лиття для вищого тиску для газових циліндрів для пасажирів та процесу компресії для коробки для пікап. [3] Процес передачі смоли Традиційні процеси формування, як правило, мають низьку ефективність виробництва, тривалі цикли виробництва, погані робочі середовища і часто не підходять для масового виробництва. В даний час процес формування ліплення (RTM) приділяв все більше уваги. Процес RTM - це звичайний процес формування композитних матеріалів. Цей процес полягає в тому, щоб розмістити матеріал для арматури волокна або заробити в закриту порожнину цвілі, вводити смолу рідину в порожнину форми під тиском, замочити волокно або заробити, а потім затвердити і демотувати формований продукт. Цей процес характеризується його здатністю виробляти продукти з гладкими поверхнями з обох боків та високою ефективністю формування, що робить її придатною для середнього виробництва композиту (річний вихід від 20 000 до 50 000 штук). Це технологія лиття із замкнутим фільмом, екологічно чита і дозволяє гнучко розміщувати підкріплення на основі умов навантаження продукту. Потрібен мінімальні інвестиції у виробниче обладнання, воно являє собою недорогу, високоефективну композитну технологію лиття, особливо придатну для невеликої партії, високофункціонального виробництва автомобільних структурних та кузовних панелей. Він широко прийнятий на міжнародному рівні.

Вакуумна ліплення передачі смоли та інфузійне лиття смоли

Технологія RTM зазнала швидкого розвитку на міжнародному рівні, постійно з'являються нові методи формування. Вакуумно-асистське перенесення смоли (VARTM) та композити Siemens Composites Infusion Molding (SCRIMP) в даний час є найбільш широко використовуваними та репрезентативними похідними. Ці дві технології формування використовують вакуумне просочення тиску, що дозволяє швидше, більш рівномірне просочення арматури волокон на більш широкій області, що призводить до більш стабільної та вдосконаленої якості продукції. Інфузія вакууму, що сприяє смолі (Vari)-це нова, недорога технологія формування для великих складених деталей. Він видаляє газ з армування волокна під вакуумом, використовуючи потік та проникнення смоли для просочення волокон і тканини, а потім виліковується при кімнатній температурі, утворюючи матеріал, підв'язаний волокном. Vari - це високоефективний метод формування для великих товстих композитних деталей. Звичайні процеси композитного формування ускладнюють великі форми для вибору та дорогих, що робить виробництво особливо складним, особливо для товстих автомобільних компонентів. Порівняно з традиційними процесами, процес формування Vari усуває потребу в автоклаві, вилікування при кімнатній температурі і може використовуватися при більш високих температурах після післяобробки, таких як обрізка та розпилення поверхні. Він також виробляє частини з нижчим вмістом порожнечі, кращими продуктивністю та більш високим вмістом волокон, ніж методи рук.

Розвиватися

В даний час розробка вуглецевих композитів базується на дослідженні та розробці нових процесів та обладнання, прагнучи зменшити виробничі витрати та знайти способи подолати притаманні недоліки. Наприклад, композити вуглецю-вуглець мають погані антиоксидантні властивості. Сучасні методи поліпшення цього включають додавання антиоксидантів під час просочення смоли та додавання інших антиоксидантних елементів під час осадження пари. Композити вуглецю-вуглецю також мають інші притаманні недоліки, такі як тривалі цикли обробки, погана пластичність та високі витрати. Ці недоліки будуть вирішені в майбутніх подіях.