Průvodce zpracováním kompozitů z uhlíkových vláken
Kompozity z uhlíkových vláken: Průvodce zpracováním
Zpracování kompozitů z uhlíkových vláken (CF) je ošemetná záležitost, uvážíme-li, že většina inženýrů uvažujících o výrobě nebo navrhování pochází z pozadí navrhování kovových dílů.říká se mu černý hliník a jeho design a výroba byly popsány jako černé umění.co to vlastně je?
Účelem této konstrukční příručky je poskytnout obecné informace a specifikace kompozitních materiálů z uhlíkových vláken a některé pokyny pro navrhování lehkých vysoce výkonných produktů s kompozity z uhlíkových vláken.
Proč Carbon Fiber
Kompozity z uhlíkových vláken mají výjimečné mechanické vlastnosti ve srovnání s homogenními kovy a plasty.Materiál je pevný, pevný a lehký.Tyto kompozity jsou materiálem volby pro aplikace, kde je prvořadá lehkost a vynikající výkon, jako jsou komponenty pro kosmické lodě, stíhačky a závodní auta.
Co jsou kompozity z uhlíkových vláken
Kompozitní materiály se vyrábějí kombinací výztuže (vlákna) s matricí (pryskyřice) a tato kombinace vlákna a matrice poskytuje vlastnosti lepší než kterýkoli z materiálů samotný.V kompozitním materiálu vlákno nese většinu zatížení a je hlavním přispěvatelem do vlastností materiálu.Pryskyřice pomáhá přenášet zatížení mezi vlákny, zabraňuje borcení vláken a spojuje materiály dohromady.
Kolik to stojí?
Historicky byly kompozity z uhlíkových vláken velmi drahé, což omezovalo jejich použití pouze na speciální aplikace.Za posledních sedmnáct let, kdy se spotřeba zvyšovala a automatizace výrobních procesů se zvyšovala, však cena kompozitů z uhlíkových vláken klesla.Kombinovaný efekt snížil celkové náklady na špičkové hliníkové produkty.Dnes jsou kompozity z uhlíkových vláken ekonomicky životaschopné v mnoha aplikacích, jako jsou sportovní zboží, výkonné lodě, výkonná vozidla a vysoce výkonné průmyslové stroje.
Aplikace
Kompozitní materiály jsou extrémně univerzální.Technik si může vybrat ze široké škály vláken a pryskyřic, aby získal požadované vlastnosti materiálu.Také tloušťka materiálu a orientace vláken mohou být optimalizovány pro každou aplikaci.
Výhody kompozitů z uhlíkových vláken jsou:
1.Vysoká specifická tuhost (tuhost dělená hustotou)
2. Vysoká měrná pevnost (síla dělená hustotou)
3. Extrémně nízký koeficient tepelné roztažnosti (CTE)
4. Rentgenově transparentní (díky své nízké molekulové hmotnosti)
V jakých aplikacích se používají kompozity z uhlíkových vláken?
Jedinečné umístění kompozitů z uhlíkových vláken s vysokou měrnou pevností, tuhostí a nízkým CTE jim poskytuje jedinečné místo v mnoha oblastech použití, jak ukazuje tabulka níže:
Typické aplikace pro kompozity z uhlíkových vláken
Informace o designu
Kompozity z uhlíkových vláken jsou považovány za „materiál pro návrháře“, protože díly lze upravit tak, aby měly pevnost a/nebo tuhost ve směrech a umístěních, které jsou nezbytné.Toho je dosaženo strategickým umístěním materiálů a orientací směru vláken tak, aby co nejlépe vyhovovaly požadavkům.Flexibilita designu a výroby, kterou kompozity z uhlíkových vláken nabízejí, také poskytuje příležitosti k optimalizaci designu, jako je konsolidace a začlenění mnoha funkcí in-situ, aby se dále snížila celková cena dílů.
Nástroje
Formy se používají k definování tvaru kompozitních dílů.Kompozitní díl zachytí všechny tvary a rysy forem;proto je kvalita součásti silně ovlivněna kvalitou formy.Formy mohou být samčí nebo samičí.Samičí formy jsou nejběžnější a vyrobí díl s hladkým vnějším povrchem, zatímco samčí forma vytvoří hladký vnitřní povrch.Pokud je díl zpevňován pomocí lisu, je vyžadována odpovídající forma (samčí a samičí).
Dvoudílné nástroje, běžně nazývané „véčko“
Formy mohou být vyrobeny z kompozitních materiálů, kovem plněného epoxidu nebo obrobeny z hliníku nebo oceli.Typ formy a použité materiály závisí na typu dílu a množství výroby.
Výrobní proces
Pokročilá výroba uhlíkových vláken se obvykle provádí pomocí předem impregnovaných uhlíkových vláken s termosetovými pryskyřicemi.Používají se dvě klíčové metody:
1. Položení rukou
Ruční kladení předimpregnovaných tkaných materiálů je stále velkou součástí průmyslu výroby kompozitů a vyžaduje dovednosti a zkušenosti lidské pracovní síly k formování plochých vrstev do složitých tvarů.Je schopen vyrábět vysoce výkonné a složité díly, ale může to být nákladný a vysoce variabilní proces.
2. Automatické umisťování vláken (AFP)
Hlavní věci, které je třeba vzít v úvahu, jsou šířka vlákna, které používáte, a poloměr zhutňovacího válce.
