Izpratne par CFRP kompozītmateriāliem

— Oglekļa šķiedras pastiprināto polimēru apbrīnojamās iespējas.

Oglekļa šķiedraArmētie polimēru kompozītmateriāli (CFRP) ir viegli, spēcīgi materiāli, ko izmanto daudzu mūsu ikdienas dzīvē izmantojamu produktu ražošanā. Tas ir termins, ko lieto, lai aprakstītu ar šķiedru pastiprinātukompozītmateriālskas izmanto oglekļa šķiedru kā primāro strukturālo sastāvdaļu. Jāatzīmē, ka “P” CFRP var apzīmēt arī “plastmasu”, nevis “polimēru”.

Parasti CFRP kompozītmateriālos izmanto termoreaktīvos sveķus, piemēram, epoksīdu,poliesters vai vinila esteris. Lai gantermoplastiskie sveķitiek izmantoti CFRP kompozītmateriālos, "oglekļa šķiedru pastiprināti termoplastiskie kompozītmateriāli" bieži tiek lietoti ar savu akronīmu, CFRTP kompozītmateriāli.

Strādājot ar kompozītmateriāliem vai kompozītmateriālu nozarē, ir svarīgi saprast terminus un akronīmus. Vēl svarīgāk ir tas, ka ir jāsaprotFRP kompozītu īpašībasun dažādu pastiprinājumu, piemēram, oglekļa šķiedras, iespējas.

CFRP kompozītmateriālu īpašības

Kompozītmateriāli, kas pastiprināti ar oglekļa šķiedru, atšķiras no citiem FRP kompozītmateriāliem, kuros izmantoti tradicionāli materiāli, piemēram, stikla šķiedra vaiaramīda šķiedra. CFRP kompozītmateriālu priekšrocības ir šādas:

Viegls svars:Tradicionālsar stiklšķiedru pastiprināts kompozītsizmantojot vienlaidu stikla šķiedru ar 70% stikla šķiedru (stikla svars/kopējais svars), blīvums parasti ir 0,065 mārciņas uz kubikcollu.

Tikmēr CFRP kompozītmateriālam ar tādu pašu 70% šķiedras svaru parasti var būt 0,055 mārciņas uz kubikcollu.

Palielināts spēks:Oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem ir ne tikai vieglāks svars, bet arī CFRP kompozītmateriāli ir daudz stiprāki un stingrāki uz svara vienību. Tas ir taisnība, salīdzinot oglekļa šķiedras kompozītmateriālus ar stikla šķiedru, bet vēl jo vairāk, salīdzinot ar metāliem.

Piemēram, ja salīdzina tēraudu ar CFRP kompozītmateriāliem, saprātīgs noteikums ir tāds, ka vienādas stiprības oglekļa šķiedras struktūra bieži vien sver 1/5 no tērauda svara. Varat iedomāties, kāpēc autobūves uzņēmumi pēta oglekļa šķiedras izmantošanu tērauda vietā.

Salīdzinot CFRP kompozītmateriālus ar alumīniju, kas ir viens no vieglākajiem izmantotajiem metāliem, standarta pieņēmums ir tāds, ka vienādas stiprības alumīnija struktūra, iespējams, sver 1,5 reizes vairāk nekā oglekļa šķiedras struktūra.

Protams, ir daudz mainīgo, kas varētu mainīt šo salīdzinājumu. Materiālu pakāpe un kvalitāte var būt atšķirīga, un ar kompozītmateriāliemražošanas processJāņem vērā šķiedras arhitektūra un kvalitāte.

CFRP kompozītmateriālu trūkumi

Izmaksas:Lai gan materiāls ir pārsteidzošs, ir iemesls, kāpēc oglekļa šķiedra netiek izmantota katrā atsevišķā gadījumā. Pašlaik CFRP kompozītmateriālu izmaksas daudzos gadījumos ir aizliegtas. Atkarībā no pašreizējiem tirgus apstākļiem (piedāvājuma un pieprasījuma), oglekļa šķiedras veida (aviācijas un komerciālās kvalitātes) un šķiedras tauvas izmēra, oglekļa šķiedras cena var krasi atšķirties.

Neapstrādāta oglekļa šķiedra, pamatojoties uz cenu par mārciņu, var būt no 5 līdz 25 reizēm dārgāka nekā stikla šķiedra. Šī atšķirība ir vēl lielāka, ja salīdzina tēraudu ar CFRP kompozītmateriāliem.

Vadītspēja:Tas var būt gan oglekļa šķiedras kompozītmateriālu priekšrocība, gan trūkums atkarībā no pielietojuma. Oglekļa šķiedra ir ārkārtīgi vadoša, savukārt stikla šķiedra ir izolējoša. Daudzilietojumos izmanto stikla šķiedru, un nevar izmantot oglekļa šķiedru vai metālu, stingri vadītspējas dēļ.

Piemēram, komunālajā nozarē daudziem produktiem ir nepieciešams izmantot stikla šķiedras. Tas ir arī viens no iemesliem, kāpēc kāpnēs kā kāpņu sliedes tiek izmantota stikla šķiedra. Ja stikla šķiedras kāpnes nonāktu saskarē ar elektropārvades līniju, elektriskās strāvas trieciena iespējamība ir daudz mazāka. Tas nenotiktu ar CFRP kāpnēm.

Lai gan CFRP kompozītmateriālu izmaksas joprojām ir augstas, jauni tehnoloģiskie sasniegumi ražošanā turpina nodrošināt rentablākus produktus. Cerams, ka mūsu dzīves laikā mēs varēsim redzēt rentablu oglekļa šķiedru, ko izmanto plašā patērētāju, rūpniecības un automobiļu lietojumu klāstā.