Vodič za obradu kompozita od karbonskih vlakana
Kompoziti od karbonskih vlakana: Vodič za obradu
Obrada kompozita od karbonskih vlakana (CF) je težak posao, s obzirom da većina inženjera koji razmišljaju o proizvodnji ili dizajnu dolaze iz pozadine dizajniranja metalnih dijelova.nazvan je crni aluminijum, a njegov dizajn i izrada opisani su kao crna umjetnost.Šta je to, zaista?
Svrha ovog vodiča za dizajn je da pruži opšte informacije i specifikacije o kompozitnim materijalima od ugljeničnih vlakana i neke smernice za projektovanje lakih proizvoda visokih performansi sa kompozitima od ugljeničnih vlakana.
Zašto karbonska vlakna
Kompoziti od karbonskih vlakana imaju izuzetna mehanička svojstva u odnosu na homogene metale i plastiku.Materijal je jak, čvrst i lagan.Ovi kompoziti su materijal izbora za primjene gdje su lagane i superiorne performanse najvažnije, kao što su komponente za svemirske letjelice, borbene avione i trkaće automobile.
Šta su kompoziti od karbonskih vlakana
Kompozitni materijali su napravljeni kombinacijom armature (vlakna) sa 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?
Istorijski gledano, kompoziti od karbonskih vlakana bili su vrlo skupi, što je ograničilo njihovu upotrebu samo na posebne primjene.Međutim, u proteklih sedamnaest godina, kako je potrošnja porasla i automatizacija u proizvodnim procesima povećana, cijena kompozita od karbonskih vlakana je opala.Kombinovani efekat je smanjio ukupne troškove vrhunskih aluminijumskih proizvoda.Danas su kompoziti od karbonskih vlakana ekonomski isplativi u mnogim aplikacijama kao što su sportska oprema, čamci za performanse, vozila visokih performansi i industrijske mašine visokih performansi.
Prijave
Kompozitni materijali su izuzetno raznovrsni.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 gustinom)
2. Visoka specifična čvrstoća (snaga podijeljena s gustinom)
3.Izuzetno nizak koeficijent termičke ekspanzije (CTE)
4. rendgenski transparentan (zbog male molekularne težine)
U kojim aplikacijama se koriste kompoziti od karbonskih vlakana?
Jedinstveno pozicioniranje kompozita od karbonskih vlakana visoke specifične čvrstoće, krutosti i niskog CTE-a pruža im jedinstveno mjesto u mnogim područjima primjene kao što je prikazano u donjoj tabeli:
Tipične primjene za kompozite od karbonskih vlakana
Informacije o dizajnu
Kompoziti od karbonskih vlakana smatraju se "dizajnerskim materijalom" jer se dijelovi mogu prilagoditi tako da imaju snagu i/ili krutost u smjerovima i na mjestima koji su potrebni.Ovo se postiže strateškim postavljanjem materijala i orijentacijom vlakana kako bi najbolje odgovarali zahtjevima.Takođe, fleksibilnost dizajna i proizvodnje koju kompoziti od karbonskih vlakana nude pružaju mogućnosti za optimizaciju dizajna, kao što je konsolidacija i uključivanje mnogih funkcija na licu mesta, kako bi se dodatno smanjila ukupna cena delova.
Alati
Kalupi se koriste za definiranje oblika kompozitnih dijelova.Kompozitni dio će pokupiti sve oblike i karakteristike kalupa;stoga na kvalitet dijela u velikoj mjeri utiče kvalitet kalupa.Kalupi mogu biti muški ili ženski.Ženski kalupi su najčešći i oni će proizvesti dio s glatkom vanjskom površinom, dok će muški kalup proizvoditi glatku unutrašnju površinu.Potreban je odgovarajući kalup (muški i ženski) ako se dio konsoliduje pomoću prese.
Dvodijelni alat, koji se obično naziva "preklop"
Kalupi se mogu izraditi od kompozitnih materijala, epoksida punjenog metalom ili od aluminija ili čelika.Vrsta kalupa i korišteni materijali zavise od vrste dijela i količine proizvodnje.
Proces proizvodnje
Napredna proizvodnja karbonskih vlakana obično se izvodi upotrebom prethodno impregniranih karbonskih vlakana termoreaktivnim smolama.Dvije ključne metode koje se koriste su:
1. Polaganje ruku
Ručno polaganje prethodno impregniranih tkanih materijala i dalje je veliki dio industrije proizvodnje kompozita, zahtijevajući vještine i iskustvo ljudske radne snage za formiranje ravnih slojeva u složene oblike.Sposoban je za proizvodnju složenih dijelova visokih performansi, ali može biti skup i vrlo varijabilan proces.
2. Automatsko postavljanje vlakana (AFP)
Glavne stvari koje treba uzeti u obzir su širina vlakna koje koristite i radijus valjka za sabijanje.
