Hướng dẫn chế biến vật liệu tổng hợp sợi carbon
Vật liệu tổng hợp sợi carbon: Hướng dẫn chế biến
Chế biến vật liệu tổng hợp sợi carbon (CF) là một công việc khó khăn, vì hầu hết các kỹ sư nghĩ đến việc sản xuất hoặc thiết kế đều xuất thân từ thiết kế các bộ phận bằng kim loại.Nó được gọi là nhôm đen, thiết kế và chế tạo của nó được mô tả như nghệ thuật đen.Nó là gì, thực sự là gì?
Mục đích của hướng dẫn thiết kế này là cung cấp thông tin và thông số kỹ thuật chung về vật liệu composite sợi carbon và một số hướng dẫn để thiết kế các sản phẩm nhẹ hiệu suất cao bằng vật liệu composite sợi carbon.
Tại sao lại là sợi carbon
Vật liệu tổng hợp sợi carbon có các đặc tính cơ học đặc biệt so với kim loại và chất dẻo đồng nhất.Vật liệu mạnh, cứng và nhẹ.Những vật liệu tổng hợp này là vật liệu được lựa chọn cho các ứng dụng có trọng lượng nhẹ và hiệu suất vượt trội là tối quan trọng, chẳng hạn như các thành phần cho tàu vũ trụ, máy bay chiến đấu và xe đua.
Vật liệu tổng hợp sợi carbon là gì
Vật liệu composite được tạo ra bằng cách kết hợp cốt thép (sợi) với ma trận (nhựa), và sự kết hợp giữa sợi và ma trận này cung cấp các đặc tính vượt trội so với một trong hai vật liệu.Trong vật liệu composite, sợi mang phần lớn tải trọng và là thành phần chính trong các đặc tính của vật liệu.Nhựa giúp truyền tải giữa các sợi, ngăn các sợi bị xô lệch và liên kết các vật liệu với nhau.
Nó có giá bao nhiêu?
Trong lịch sử, vật liệu tổng hợp sợi carbon rất đắt tiền, điều này đã hạn chế việc sử dụng nó chỉ trong các ứng dụng đặc biệt.Tuy nhiên, trong mười bảy năm qua, khi mức tiêu thụ tăng lên và tự động hóa trong các quy trình sản xuất tăng lên, giá của vật liệu tổng hợp sợi carbon đã giảm xuống.Hiệu ứng tổng hợp đã làm giảm giá thành chung của các sản phẩm nhôm cao cấp.Ngày nay, vật liệu tổng hợp sợi carbon có hiệu quả kinh tế trong nhiều ứng dụng như đồ thể thao, thuyền biểu diễn, phương tiện biểu diễn và máy móc công nghiệp hiệu suất cao.
Các ứng dụng
Vật liệu composite cực kỳ linh hoạt.Kỹ sư có thể chọn từ nhiều loại sợi và nhựa khác nhau để có được các đặc tính vật liệu mong muốn.Ngoài ra, độ dày vật liệu và định hướng sợi có thể được tối ưu hóa cho từng ứng dụng.
Ưu điểm của vật liệu tổng hợp sợi carbon là:
1. độ cứng cụ thể cao (độ cứng chia cho mật độ)
2. cường độ cụ thể cao (sức mạnh chia cho mật độ)
3. Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) cực kỳ thấp
4. tia X trong suốt (do trọng lượng phân tử thấp)
Vật liệu tổng hợp sợi cacbon được sử dụng trong những ứng dụng nào?
Vị trí độc đáo của vật liệu tổng hợp sợi carbon với cường độ cụ thể cao, độ cứng và CTE thấp giúp chúng có vị trí độc đáo trong nhiều lĩnh vực ứng dụng như được thể hiện trong bảng dưới đây:
Các ứng dụng điển hình cho vật liệu tổng hợp sợi carbon
Thông tin thiết kế
Vật liệu tổng hợp sợi carbon được coi là "vật liệu của nhà thiết kế" vì các bộ phận có thể được điều chỉnh để có độ bền và hoặc độ cứng theo các hướng và vị trí cần thiết.Điều này đạt được bằng cách đặt vật liệu một cách chiến lược và định hướng hướng sợi sao cho phù hợp nhất với yêu cầu.Ngoài ra, tính linh hoạt trong thiết kế và sản xuất mà vật liệu tổng hợp sợi carbon mang lại tạo cơ hội để tối ưu hóa thiết kế, chẳng hạn như hợp nhất và kết hợp nhiều tính năng tại chỗ, để giảm hơn nữa tổng giá thành bộ phận.
Dụng cụ
Khuôn được sử dụng để xác định hình dạng của các bộ phận kết hợp.Phần composite sẽ chọn tất cả các hình dạng và tính năng của khuôn;do đó chất lượng của chi tiết bị ảnh hưởng nhiều bởi chất lượng của khuôn.Khuôn có thể là nam hoặc nữ.Khuôn cái là phổ biến nhất và chúng sẽ tạo ra một bộ phận có bề mặt bên ngoài nhẵn trong khi khuôn đực sẽ tạo ra bề mặt bên trong nhẵn.Cần có khuôn phù hợp (nam và nữ) nếu bộ phận được cố định bằng máy ép.
Dụng cụ hai phần, thường được gọi là "vỏ sò"
Khuôn có thể được làm bằng vật liệu composite, epoxy phủ kim loại hoặc được gia công từ nhôm hoặc thép.Loại khuôn và vật liệu được sử dụng phụ thuộc vào loại bộ phận và số lượng sản xuất.
Quy trình sản xuất
Sản xuất sợi carbon tiên tiến thường được thực hiện bằng cách sử dụng sợi carbon đã được ngâm tẩm trước với nhựa nhiệt rắn.Hai phương pháp chính được sử dụng là:
1. Tay lay
Việc chế tạo thủ công các vật liệu dệt đã ngâm tẩm trước vẫn là một phần lớn trong ngành công nghiệp sản xuất composite, đòi hỏi kỹ năng và kinh nghiệm của lực lượng lao động để tạo thành các tấm phẳng thành các hình dạng phức tạp.Nó có khả năng sản xuất các bộ phận phức tạp và hiệu suất cao nhưng có thể là một quá trình tốn kém và có nhiều thay đổi.
2. Vị trí sợi quang tự động (AFP)
Những điều chính cần xem xét là chiều rộng của sợi bạn đang sử dụng và bán kính con lăn đầm.
