Ръководство за обработка на композити от въглеродни влакна
Композити от въглеродни влакна: Ръководство за обработка
Обработката на композити от въглеродни влакна (CF) е труден бизнес, като се има предвид, че повечето инженери, които мислят за производство или проектиране, идват от фона на проектиране на метални части.той е наречен черен алуминий, а дизайнът и изработката му са описани като черно изкуство.Какво е, наистина?
Целта на това ръководство за проектиране е да предостави обща информация и спецификации за композитните материали от въглеродни влакна и някои насоки за проектиране на леки високоефективни продукти с композити от въглеродни влакна.
Защо въглеродни влакна
Композитите от въглеродни влакна имат изключителни механични свойства в сравнение с хомогенните метали и пластмаси.Материалът е здрав, твърд и лек.Тези композитни материали са материалът по избор за приложения, където лекото и превъзходно представяне са от първостепенно значение, като компоненти за космически кораби, изтребители и състезателни автомобили.
Какво представляват композитите от въглеродни влакна
Композитните материали се произвеждат чрез комбиниране на армировка (влакно) с матрица (смола) и тази комбинация от влакно и матрица осигурява характеристики, по-добри от всеки от материалите самостоятелно.В композитния материал влакното носи по-голямата част от натоварването и е основният принос за свойствата на материала.Смолата спомага за прехвърлянето на натоварването между влакната, предотвратява изкривяването на влакната и свързва материалите заедно.
Колко струва?
Исторически, композитите от въглеродни влакна са били много скъпи, което е ограничило използването им само до специални приложения.Въпреки това, през последните седемнадесет години, тъй като потреблението се е увеличило и автоматизацията в производствените процеси се е увеличила, цената на композитите от въглеродни влакна е намаляла.Комбинираният ефект намали общата цена на продуктите от висок клас алуминий.Днес композитите от въглеродни влакна са икономически жизнеспособни в много приложения като спортни стоки, високоефективни лодки, високопроизводителни превозни средства и високопроизводителни промишлени машини.
Приложения
Композитните материали са изключително гъвкави.Инженерът може да избира от голямо разнообразие от влакна и смоли, за да получи желаните свойства на материала.Също така дебелината на материала и ориентацията на влакната могат да бъдат оптимизирани за всяко приложение.
Предимствата на композитите от въглеродни влакна са:
1. Висока специфична твърдост (твърдостта, разделена на плътността)
2. Висока специфична якост (сила, разделена на плътност)
3. Изключително нисък коефициент на термично разширение (CTE)
4.Рентгеново прозрачен (поради ниското му молекулно тегло)
В какви приложения се използват композитни материали от въглеродни влакна?
Уникалното позициониране на композитите от въглеродни влакна с висока специфична якост, твърдост и нисък CTE им осигурява уникално място в много области на приложение, както е показано в таблицата по-долу:
Типични приложения за композити от въглеродни влакна
Информация за дизайна
Композитите от въглеродни влакна се считат за „дизайнерски материал“, тъй като частите могат да бъдат пригодени така, че да имат здравина и/или твърдост в посоките и местата, които са необходими.Това се постига чрез стратегическо поставяне на материали и ориентиране на посоката на влакната, за да отговарят най-добре на изискванията.Също така, гъвкавостта на дизайна и производството, която композитите от въглеродни влакна предлагат, предоставя възможности за оптимизиране на дизайна, като например консолидиране и включване на много функции на място, за допълнително намаляване на общата цена на частта.
Инструментална екипировка
Формите се използват за определяне на формата на композитните части.Композитната част ще събере всички форми и характеристики на матриците;следователно качеството на детайла е силно повлияно от качеството на матрицата.Формите могат да бъдат мъжки или женски.Женските форми са най-често срещаните и те ще произведат част с гладка външна повърхност, докато мъжката форма ще създаде гладка вътрешна повърхност.Необходима е подходяща матрица (мъжка и женска), ако частта се консолидира с помощта на преса.
Инструмент от две части, обикновено наричан "мида"
Формите могат да бъдат изработени от композитни материали, епоксидна смола с метален пълнеж или обработени от алуминий или стомана.Видът на матрицата и използваните материали зависи от вида на частта и количеството на производството.
Производствен процес
Усъвършенствано производство на въглеродни влакна обикновено се извършва с помощта на предварително импрегнирани въглеродни влакна с термореактивни смоли.Двата основни използвани метода са:
1. Полагане на ръце
Ръчното нанасяне на предварително импрегнирани тъкани материали все още е голяма част от индустрията за производство на композитни материали, като изисква уменията и опита на човешката работна сила за оформяне на плоски слоеве в сложни форми.Той е в състояние да произвежда високопроизводителни и сложни части, но може да бъде скъп и силно променлив процес.
2. Автоматично поставяне на влакна (AFP)
Основните неща, които трябва да имате предвид, са ширината на влакното, което използвате, и радиусът на уплътняващия валяк.
