Vodnik za obdelavo kompozitov iz ogljikovih vlaken
Kompoziti iz ogljikovih vlaken: Vodnik za obdelavo
Predelava kompozitov iz ogljikovih vlaken (CF) je zapleten posel, saj večina inženirjev, ki razmišljajo o proizvodnji ali oblikovanju, izvira iz ozadja oblikovanja kovinskih delov.imenovali so ga črni aluminij, njegova zasnova in izdelava pa sta bila opisana kot črna umetnost.Kaj je res?
Namen tega vodnika za načrtovanje je zagotoviti splošne informacije in specifikacije o kompozitnih materialih iz ogljikovih vlaken ter nekatere smernice za načrtovanje lahkih visoko zmogljivih izdelkov s kompoziti iz ogljikovih vlaken.
Zakaj ogljikova vlakna
Kompoziti iz ogljikovih vlaken imajo izjemne mehanske lastnosti v primerjavi s homogenimi kovinami in plastiko.Material je močan, trden in lahek.Ti kompoziti so material izbire za aplikacije, kjer je lahka in vrhunska zmogljivost najpomembnejša, kot so komponente za vesoljska plovila, lovska letala in dirkalne avtomobile.
Kaj so kompoziti iz ogljikovih vlaken
Kompozitni materiali so izdelani s kombinacijo ojačitve (vlaken) z matriko (smolo), in ta kombinacija vlaken in matrice zagotavlja lastnosti, ki so boljše od katerega koli od materialov sam.V kompozitnem materialu vlakna nosijo večino obremenitve in so glavni dejavnik pri lastnostih materiala.Smola pomaga pri prenosu obremenitve med vlakni, preprečuje zvijanje vlaken in veže materiale skupaj.
Koliko stane?
V preteklosti so bili kompoziti iz ogljikovih vlaken zelo dragi, kar je njihovo uporabo omejilo samo na posebne aplikacije.Vendar se je v zadnjih sedemnajstih letih, ko se je povečala poraba in povečala avtomatizacija proizvodnih procesov, cena kompozitov iz ogljikovih vlaken znižala.Kombinirani učinek je znižal skupne stroške visokokakovostnih aluminijastih izdelkov.Danes so kompoziti iz ogljikovih vlaken ekonomsko izvedljivi v številnih aplikacijah, kot so športna oprema, zmogljivi čolni, zmogljiva vozila in visoko zmogljivi industrijski stroji.
Aplikacije
Kompozitni materiali so izjemno vsestranski.Inženir lahko izbira med široko paleto vlaken in smol, da doseže želene lastnosti materiala.Za vsako uporabo je mogoče optimizirati tudi debelino materiala in orientacijo vlaken.
Prednosti kompozitov iz ogljikovih vlaken so:
1. Visoka specifična togost (togost, deljena z gostoto)
2. Visoka specifična trdnost (moč, deljena z gostoto)
3.Izjemno nizek koeficient toplotnega raztezanja (CTE)
4. rentgenski pregleden (zaradi nizke molekulske mase)
V katerih aplikacijah se uporabljajo kompoziti iz ogljikovih vlaken?
Edinstvena razporeditev kompozitov iz ogljikovih vlaken z visoko specifično trdnostjo, togostjo in nizkim CTE jim zagotavlja edinstveno mesto na številnih področjih uporabe, kot je prikazano v spodnji tabeli:
Tipične uporabe kompozitov iz ogljikovih vlaken
Informacije o načrtovanju
Kompoziti iz ogljikovih vlaken veljajo za "oblikovalski material", ker je mogoče dele prilagoditi tako, da imajo moč in/ali togost v smereh in na mestih, ki so potrebni.To dosežemo s strateškim umeščanjem materialov in usmerjanjem smeri vlaken, ki najbolje ustreza zahtevam.Poleg tega prilagodljivost oblikovanja in izdelave, ki ju ponujajo kompoziti iz ogljikovih vlaken, ponujata priložnosti za optimizacijo dizajna, kot je konsolidacija in vključitev številnih funkcij na mestu samem, za nadaljnje znižanje skupne cene dela.
Orodje
Kalupi se uporabljajo za določanje oblike sestavljenih delov.Sestavljeni del bo pobral vse oblike in značilnosti kalupov;zato na kakovost dela močno vpliva kakovost kalupa.Kalupi so lahko moški ali ženski.Ženski kalupi so najpogostejši in bodo izdelali del z gladko zunanjo površino, medtem ko bo moški kalup ustvaril gladko notranjo površino.Ustrezen kalup (moški in ženski) je potreben, če se del utrdi s stiskalnico.
Dvodelno orodje, ki se običajno imenuje "preklopna školjka"
Kalupi so lahko izdelani iz kompozitnih materialov, kovinsko polnjenega epoksida ali obdelani iz aluminija ali jekla.Vrsta kalupa in uporabljeni materiali so odvisni od vrste dela in količine proizvodnje.
Proizvodni proces
Napredna proizvodnja ogljikovih vlaken se običajno izvaja z uporabo pred-impregniranih ogljikovih vlaken s termoreaktivnimi smolami.Uporabljeni sta dve ključni metodi:
1. Ročno polaganje
Ročno polaganje predimpregniranih tkanih materialov je še vedno velik del industrije proizvodnje kompozitov, ki zahteva spretnosti in izkušnje človeške delovne sile za oblikovanje ravnih plasti v zapletene oblike.Lahko proizvaja visoko zmogljive in zapletene dele, vendar je lahko drag in zelo spremenljiv proces.
2. Avtomatizirana namestitev vlaken (AFP)
Glavna stvar, ki jo morate upoštevati, sta širina vlaken, ki jih uporabljate, in polmer stisnjenega valja.
