Süsinikkiudkomposiitide töötlemise juhend
Süsinikkiudkomposiidid: töötlemisjuhend
Süsinikkiust (CF) komposiitide töötlemine on keeruline äri, kuna enamik tootmisele või projekteerimisele mõtlevaid insenere on pärit metallosade projekteerimise taustast.seda on nimetatud mustaks alumiiniumiks ning selle disaini ja valmistamist on kirjeldatud kui musta kunsti.Mis see tegelikult on?
Selle disainijuhendi eesmärk on anda üldist teavet ja spetsifikatsioone süsinikkiust komposiitmaterjalide kohta ning mõningaid juhiseid süsinikkiust komposiitmaterjalidest kergete ja suure jõudlusega toodete kujundamiseks.
Miks süsinikkiud
Süsinikkiudkomposiitidel on homogeensete metallide ja plastidega võrreldes erakordsed mehaanilised omadused.Materjal on tugev, jäik ja kerge.Need komposiidid on valitud materjal rakendustes, kus on ülimalt oluline kerge ja suurepärane jõudlus, näiteks kosmoseaparaatide, hävitajate ja võidusõiduautode komponendid.
Mis on süsinikkiudkomposiidid
Komposiitmaterjalide valmistamiseks kombineeritakse armatuur (kiud) maatriksiga (vaiguga) ning see kiu ja maatriksi kombinatsioon annab paremad omadused kui kummalgi materjalil eraldi.Komposiitmaterjalis kannab kiud suuremat osa koormusest ja on materjali omaduste peamine mõjutaja.Vaik aitab kanda üle koormust kiudude vahel, takistab kiudude paindumist ja seob materjale omavahel.
Kui palju see maksis?
Ajalooliselt on süsinikkiust komposiidid olnud väga kallid, mis on piiranud selle kasutamist ainult erirakendustega.Kuid viimase seitsmeteistkümne aasta jooksul, kui tarbimine on kasvanud ja tootmisprotsesside automatiseerimine on suurenenud, on süsinikkiust komposiitide hind langenud.Kombineeritud mõju on langetanud kõrgekvaliteediliste alumiiniumtoodete üldkulusid.Tänapäeval on süsinikkiust komposiidid majanduslikult elujõulised paljudes rakendustes, nagu sporditarbed, jõudluspaadid, jõudlussõidukid ja suure jõudlusega tööstusmasinad.
Rakendused
Komposiitmaterjalid on äärmiselt mitmekülgsed.Insener saab soovitud materjaliomaduste saavutamiseks valida paljude kiudude ja vaikude hulgast.Samuti saab iga rakenduse jaoks optimeerida materjali paksust ja kiudude orientatsioone.
Süsinikkiust komposiitide eelised on järgmised:
1. Kõrge erijäikus (jäikus jagatud tihedusega)
2. Kõrge eritugevus (tugevus jagatud tihedusega)
3. Äärmiselt madal soojuspaisumistegur (CTE)
4. Röntgenikiirgus läbipaistev (madala molekulmassi tõttu)
Millistes rakendustes kasutatakse süsinikkiust komposiite?
Kõrge eritugevuse, jäikuse ja madala CTE-ga süsinikkiust komposiitide ainulaadne paigutus annab neile ainulaadse koha paljudes rakendusvaldkondades, nagu on näidatud allolevas tabelis:
Süsinikkiust komposiitide tüüpilised rakendused
Disaini teave
Süsinikkiudkomposiite peetakse "disainerimaterjaliks", kuna osi saab kohandada nii, et need oleksid tugevuse ja/või jäikuse jaoks vajalikes suundades ja kohtades.See saavutatakse materjalide strateegilise paigutusega ja kiudude suuna orienteerimisega vastavalt nõuetele.Samuti pakub süsinikkiust komposiitide disaini ja tootmise paindlikkus võimalusi disaini optimeerimiseks, näiteks paljude funktsioonide konsolideerimiseks ja kaasamiseks kohapeal, et veelgi vähendada osa koguhinda.
Tööriistad
Komposiitdetailide kuju määramiseks kasutatakse vorme.Komposiitosa võtab üles kõik vormide kujud ja omadused;seetõttu mõjutab detaili kvaliteeti tugevalt vormi kvaliteet.Hallitusseened võivad olla nii isased kui ka emased.Emasvormid on kõige levinumad ja need toodavad sileda välispinnaga osa, samas kui isasvorm annab sileda sisepinna.Sobitatud vorm (isane ja emane) on vajalik, kui detaili kinnitatakse pressi abil.
Kaheosaline tööriist, mida tavaliselt nimetatakse klambriks
Vorme saab valmistada komposiitmaterjalidest, metalliga täidetud epoksiidist või töödelda alumiiniumist või terasest.Vormi tüüp ja kasutatavad materjalid sõltuvad detaili tüübist ja tootmiskogusest.
Tootmisprotsess
Täiustatud süsinikkiudude tootmine toimub tavaliselt termoreaktiivsete vaikudega eelnevalt immutatud süsinikkiudude abil.Kaks peamist kasutatavat meetodit on järgmised:
1. Käsitsi paigutus
Eelimmutatud kootud materjalide käsitsi ladumine on endiselt suur osa komposiittootmistööstusest, mis nõuab lamedate kihtide keeruliste kujundite moodustamiseks inimtööjõu oskusi ja kogemusi.See on võimeline tootma suure jõudlusega ja keerukaid osi, kuid see võib olla kulukas ja väga muutlik protsess.
2. Automated Fiber Placement (AFP)
Peamised asjad, mida tuleb arvestada, on kasutatava kiu laius ja tihendusrulli raadius.
