Sprievodca spracovaním kompozitov z uhlíkových vlákien
Kompozity z uhlíkových vlákien: Sprievodca spracovaním
Spracovanie kompozitov z uhlíkových vlákien (CF) je zložitá záležitosť, keďže väčšina inžinierov, ktorí uvažujú o výrobe alebo navrhovaní, pochádza z prostredia navrhovania kovových častí.nazývalo sa to čierny hliník a jeho dizajn a výroba boli opísané ako čierna mágia.Čo to je, naozaj?
Účelom tejto konštrukčnej príručky je poskytnúť všeobecné informácie a špecifikácie o kompozitných materiáloch z uhlíkových vlákien a niektoré usmernenia pre navrhovanie ľahkých vysokovýkonných produktov s kompozitmi z uhlíkových vlákien.
Prečo uhlíkové vlákno
Kompozity z uhlíkových vlákien majú v porovnaní s homogénnymi kovmi a plastmi výnimočné mechanické vlastnosti.Materiál je pevný, pevný a ľahký.Tieto kompozity sú materiálom voľby pre aplikácie, kde je prvoradá nízka hmotnosť a vynikajúci výkon, ako sú komponenty pre kozmické lode, bojové lietadlá a pretekárske autá.
Čo sú kompozity z uhlíkových vlákien
Kompozitné materiály sa vyrábajú kombináciou výstuže (vlákna) s matricou (živicou) a táto kombinácia vlákna a matrice poskytuje vlastnosti lepšie ako ktorýkoľvek z materiálov samotných.V kompozitnom materiáli vlákno nesie väčšinu zaťaženia a je hlavným prispievateľom k vlastnostiam materiálu.Živica pomáha prenášať zaťaženie medzi vláknami, zabraňuje vybočeniu vlákien a spája materiály dohromady.
Koľko to stojí?
Historicky boli kompozity z uhlíkových vlákien veľmi drahé, čo obmedzovalo ich použitie len na špeciálne aplikácie.Avšak za posledných sedemnásť rokov, keď sa spotreba zvýšila a automatizácia výrobných procesov sa zvýšila, cena kompozitov z uhlíkových vlákien klesla.Kombinovaný efekt znížil celkové náklady na špičkové hliníkové produkty.Dnes sú kompozity z uhlíkových vlákien ekonomicky životaschopné v mnohých aplikáciách, ako sú športové potreby, výkonné člny, výkonné vozidlá a vysokovýkonné priemyselné stroje.
Aplikácie
Kompozitné materiály sú mimoriadne všestranné.Technik si môže vybrať zo širokej škály vlákien a živíc, aby získal požadované vlastnosti materiálu.Hrúbku materiálu a orientáciu vlákien možno tiež optimalizovať pre každú aplikáciu.
Výhody kompozitov z uhlíkových vlákien sú:
1. Vysoká špecifická tuhosť (tuhosť delená hustotou)
2. Vysoká špecifická pevnosť (sila delená hustotou)
3. Mimoriadne nízky koeficient tepelnej rozťažnosti (CTE)
4. Röntgenovo transparentné (kvôli nízkej molekulovej hmotnosti)
V akých aplikáciách sa používajú kompozity z uhlíkových vlákien?
Jedinečné umiestnenie kompozitov z uhlíkových vlákien s vysokou špecifickou pevnosťou, tuhosťou a nízkym CTE im poskytuje jedinečné miesto v mnohých oblastiach použitia, ako je uvedené v tabuľke nižšie:
Typické aplikácie pre kompozity z uhlíkových vlákien
Informácie o dizajne
Kompozity z uhlíkových vlákien sa považujú za „materiál pre dizajnérov“, pretože časti môžu byť prispôsobené tak, aby mali pevnosť a/alebo tuhosť v potrebných smeroch a miestach.To sa dosiahne strategickým umiestnením materiálov a orientáciou smeru vlákien tak, aby čo najlepšie vyhovovali požiadavkám.Flexibilita dizajnu a výroby, ktorú kompozity z uhlíkových vlákien ponúkajú, tiež poskytuje príležitosti na optimalizáciu dizajnu, ako je konsolidácia a začlenenie mnohých funkcií in-situ, aby sa ďalej znížila celková cena dielov.
Nástroje
Formy sa používajú na definovanie tvaru kompozitných častí.Kompozitná časť zachytí všetky tvary a vlastnosti foriem;preto je kvalita dielu silne ovplyvnená kvalitou formy.Formy môžu byť mužské alebo ženské.Samičie formy sú najbežnejšie a vytvoria časť s hladkým vonkajším povrchom, zatiaľ čo samčia forma vytvorí hladký vnútorný povrch.Zodpovedajúca forma (samčia a samičia) je potrebná, ak je diel konsolidovaný pomocou lisu.
Dvojdielne náradie, bežne nazývané „véčko“
Formy môžu byť vyrobené z kompozitných materiálov, epoxidu plneného kovom alebo vyrobené z hliníka alebo ocele.Typ formy a použitých materiálov závisí od typu dielu a množstva výroby.
Výrobný proces
Pokročilá výroba uhlíkových vlákien sa zvyčajne vykonáva pomocou vopred impregnovaných uhlíkových vlákien s termosetovými živicami.Používajú sa dve kľúčové metódy:
1. Položenie rúk
Ručné kladenie vopred impregnovaných tkaných materiálov je stále veľkou súčasťou priemyslu výroby kompozitov a vyžaduje zručnosti a skúsenosti ľudskej pracovnej sily na formovanie plochých vrstiev do zložitých tvarov.Je schopný produkovať vysokovýkonné a zložité diely, ale môže to byť nákladný a vysoko variabilný proces.
2. Automatické umiestňovanie vlákien (AFP)
Hlavné veci, ktoré je potrebné zvážiť, sú šírka vlákna, ktoré používate, a polomer zhutňovacieho valca.
