Vodič za obradu kompozita od ugljičnih vlakana
Kompoziti od ugljičnih vlakana: Vodič za obradu
Obrada kompozita od ugljičnih vlakana (CF) težak je posao, s obzirom da većina inženjera koji razmišljaju o proizvodnji ili dizajnu potječu iz pozadine projektiranja metalnih dijelova.zvao se crni aluminij, a njegov dizajn i izrada opisani su kao crna umjetnost.Što je to, zapravo?
Svrha ovog vodiča za dizajn je pružiti opće informacije i specifikacije o kompozitnim materijalima od ugljičnih vlakana i neke smjernice za projektiranje lakih proizvoda visokih performansi s kompozitima od karbonskih vlakana.
Zašto karbonska vlakna
Kompoziti od ugljičnih vlakana imaju izuzetna mehanička svojstva u usporedbi s homogenim metalima i plastikom.Materijal je jak, čvrst i lagan.Ovi kompoziti su materijal izbora za primjene gdje su lagane i vrhunske performanse najvažnije, kao što su komponente za svemirske letjelice, borbene zrakoplove i trkaće automobile.
Što su kompoziti od ugljičnih vlakana
Kompozitni materijali izrađuju se kombinacijom armature (vlakna) s matriksom (smolom), a ova kombinacija vlakana i matrice daje karakteristike superiorne u odnosu na bilo koji od materijala sam.U kompozitnom materijalu, vlakno nosi većinu opterećenja i glavni je doprinos svojstvima materijala.Smola pomaže u prijenosu opterećenja između vlakana, sprječava izvijanje vlakana i povezuje materijale zajedno.
Koliko košta?
Povijesno gledano, kompoziti od karbonskih vlakana bili su vrlo skupi, što je ograničilo njihovu upotrebu samo na posebne primjene.Međutim, tijekom proteklih sedamnaest godina, kako je potrošnja porasla i automatizacija u proizvodnim procesima porasla, cijena kompozita od ugljičnih vlakana je pala.Kombinirani učinak smanjio je ukupnu cijenu vrhunskih aluminijskih proizvoda.Danas su kompoziti od ugljičnih vlakana ekonomski isplativi u mnogim primjenama kao što su sportska oprema, čamci za performanse, vozila s visokim performansama i industrijski strojevi visokih performansi.
Prijave
Kompozitni materijali su iznimno svestrani.Inženjer može birati između širokog spektra vlakana i smola kako bi dobio željena svojstva materijala.Također, debljina materijala i orijentacija vlakana mogu se optimizirati za svaku primjenu.
Prednosti kompozita od karbonskih vlakana su:
1. Visoka specifična krutost (krutost podijeljena s gustoćom)
2. Visoka specifična čvrstoća (snaga podijeljena s gustoćom)
3. Izuzetno nizak koeficijent toplinskog širenja (CTE)
4. rendgenski transparentan (zbog male molekularne težine)
U kojim se primjenama koriste kompoziti od karbonskih vlakana?
Jedinstveno pozicioniranje kompozita od ugljičnih vlakana visoke specifične čvrstoće, krutosti i niskog CTE-a pruža im jedinstveno mjesto u mnogim područjima primjene kao što je prikazano u donjoj tablici:
Tipične primjene za kompozite od ugljičnih vlakana
Informacije o dizajnu
Kompoziti od ugljičnih vlakana smatraju se "dizajnerskim materijalom" jer se dijelovi mogu prilagoditi tako da imaju snagu i/ili krutost u smjerovima i mjestima koji su potrebni.To se postiže strateškim postavljanjem materijala i usmjeravanjem smjera vlakana kako bi najbolje odgovarao zahtjevima.Također, fleksibilnost dizajna i proizvodnje koju kompoziti od karbonskih vlakana nude pružaju mogućnosti za optimizaciju dizajna, kao što je konsolidacija i uključivanje mnogih značajki na licu mjesta, kako bi se dodatno smanjila ukupna cijena dijela.
Alati
Kalupi se koriste za definiranje oblika kompozitnih dijelova.Kompozitni dio će pokupiti sve oblike i značajke kalupa;stoga na kvalitetu dijela jako utječe kvaliteta kalupa.Kalupi mogu biti muški ili ženski.Ženski kalupi su najčešći i oni će proizvesti dio s glatkom vanjskom površinom, dok će muški kalup proizvesti glatku unutarnju površinu.Potreban je odgovarajući kalup (muški i ženski) ako se dio konsolidira pomoću preše.
Dvodijelni alat, koji se obično naziva "preklop"
Kalupi se mogu izraditi od kompozitnih materijala, epoksida punjenog metalom ili strojno od aluminija ili čelika.Vrsta kalupa i korišteni materijali ovise o vrsti dijela i količini proizvodnje.
Proizvodni proces
Napredna proizvodnja ugljičnih vlakana obično se provodi korištenjem prethodno impregniranih ugljičnih vlakana s termoreaktivnim smolama.Dvije ključne metode koje se koriste su:
1. Polaganje ruku
Ručno polaganje prethodno impregniranih tkanih materijala i dalje je velik dio industrije kompozitne proizvodnje, zahtijevajući vještine i iskustvo ljudske radne snage za oblikovanje ravnih slojeva u složene oblike.Može proizvesti visoke performanse i složene dijelove, ali može biti skup i vrlo varijabilan proces.
2. Automatizirano postavljanje vlakana (AFP)
Glavne stvari koje treba uzeti u obzir su širina vlakna koje koristite i radijus valjka za sabijanje.
