Podstawy kompozytów wzmacnianych włóknem węglowym
Polimer wzmocniony włóknem węglowym (CFRP) jest materiałem kompozytowym utworzonym przez zastosowanie włókna węglowego lub włókna węglowego jako wzmocnienia i żywicy, ceramiki, metalu, cementu, węgla lub gumy jako matrycy. .
Jest to włókno o wysokiej wydajności, które jest wykorzystywane najczęściej w budownictwie. Włókna organiczne w atmosferze ochronnej są karbonizowane przez obróbkę cieplną przy naprężeniu stosowanym w celu uzyskania włókien węglowych o zawartości węgla 90% lub większej.
Materiały CFRP były pierwotnie używane w przemyśle lotniczym, a technologia ta dojrzewała w latach siedemdziesiątych. W latach 60. Stany Zjednoczone zaczęły stosować materiały CFRP w dziedzinie inżynierii lądowej. Jednak wyniki eksperymentalne nie były zadowalające w tym czasie, a koszt testu był bardzo wysoki. Dlatego badania i zastosowanie materiałów FRP w dziedzinie inżynierii lądowej nie zrobiły dużego postępu w ciągu następnych dwóch dekad. Dopiero w latach osiemdziesiątych kraje takie jak Europa, Stany Zjednoczone, Japonia i Australia zaczęły zwracać uwagę na powiązane badania stosowane.
一. Rodzaj i struktura CFRP
Jak powstaje CFRP? Przede wszystkim włókno węglowe jest tylko rodzajem włókna i niemożliwe jest wytwarzanie części przy użyciu tego samego. Dlatego też włókno węglowe jest stosowane jako materiał kompozytowy razem z żywicą. W zależności od rodzaju użytej żywicy, odmiany i stanu włókna węglowego, które można wytwarzać w różnych formach, takich jak tkaniny i krótkie włókna, właściwości wytworzonego CFRP również są bardzo różne. Istnieją cztery główne podłoża pośrednie (materiały do formowania). Główne metody formowania odpowiadające tym pośrednim podłożom i materiałom do formowania są również różne.
二. Termoutwardzalne i termoplastyczne
Istnieją dwa rodzaje żywic stosowane w CFRP, jedna to żywica termoutwardzalna, taka jak żywica epoksydowa lub nienasycona żywica poliestrowa, a druga to żywica termoplastyczna, taka jak polipropylen (PP) lub poliamid (PA). Właściwości tych dwóch żywic są różne.
Żywica termoutwardzalna jest monomerem o niskiej lepkości w etapie impregnacji włókien węglowych, a następnie polimeryzuje z ogrzewaniem w czasie formowania, aby stać się polimerem (żywicą). Ponieważ reakcja polimeryzacji trwa pewien czas, cykl formowania jest zwykle długi. Czas ogrzewania wynosi od 2 do 4 godzin przy użyciu metody autoklawowej stosowanej do wytwarzania elementów konstrukcyjnych samolotu.
Gdy stosuje się żywicę termoplastyczną, formowanie jest w zasadzie takie samo jak w zwykłym formowaniu żywicy, a formowanie wtryskowe elementu o małym rozmiarze może być zakończone w ciągu 10 sekund, a nawet bardzo duży element o dużej wielkości może być uformowany od 1 minuty do kilku minut. Zakończone w środku. Ze względu na wysoką wydajność przetwarzania łatwo jest obniżyć koszty. Jednak żywice termoplastyczne mają wyższe lepkości w stanie stopionym niż żywice termoutwardzalne, dlatego podczas obróbki dużych części należy stosować duże prasy.
