Szénszálas kompozitok feldolgozási útmutatója
Szénszálas kompozitok: Feldolgozási útmutató
A szénszálas (CF) kompozitok feldolgozása trükkös üzlet, tekintve, hogy a gyártásban vagy tervezésben gondolkodó mérnökök többsége fémalkatrészek tervezésével foglalkozik.fekete alumíniumnak nevezték, tervezését és gyártását pedig fekete művészetnek nevezték.Mi az, tényleg?
Ennek a tervezési útmutatónak az a célja, hogy általános információkat és specifikációkat adjon a szénszálas kompozit anyagokról, valamint néhány iránymutatást a szénszálas kompozitokból készült könnyű, nagy teljesítményű termékek tervezéséhez.
Miért a szénszálas
A szénszálas kompozitok kivételes mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek a homogén fémekhez és műanyagokhoz képest.Anyaga erős, merev és könnyű.Ezek a kompozit anyagok a legjobb választás olyan alkalmazásokhoz, ahol a könnyű súly és a kiváló teljesítmény a legfontosabb, például űrhajók, vadászrepülőgépek és versenyautók alkatrészei.
Mi az a szénszálas kompozitok
A kompozit anyagokat az erősítés (szál) és a mátrix (gyanta) kombinálásával állítják elő, és a szál és a mátrix ezen kombinációja jobb tulajdonságokat biztosít, mint bármelyik anyag önmagában.A kompozit anyagokban a szál viseli a terhelés nagy részét, és az anyag tulajdonságainak fő tényezője.A gyanta segíti a terhelés átvitelét a szálak között, megakadályozza a szálak kihajlását, és összefűzi az anyagokat.
Mennyibe kerül?
Történelmileg a szénszálas kompozitok nagyon drágák voltak, ami csak speciális alkalmazásokra korlátozta a használatát.Az elmúlt tizenhét év során azonban a fogyasztás növekedésével és a gyártási folyamatok automatizálásával párhuzamosan a szénszálas kompozitok ára csökkent.Az együttes hatás csökkentette a csúcskategóriás alumíniumtermékek összköltségét.Manapság a szénszálas kompozitok számos alkalmazásban gazdaságilag életképesek, például sportszerek, nagy teljesítményű csónakok, nagy teljesítményű járművek és nagy teljesítményű ipari gépek gyártásában.
Alkalmazások
A kompozit anyagok rendkívül sokoldalúak.A mérnök sokféle szál és gyanta közül választhat, hogy elérje a kívánt anyagtulajdonságokat.Ezenkívül az anyagvastagság és a szálak orientációja minden alkalmazáshoz optimalizálható.
A szénszálas kompozitok előnyei a következők:
1. Nagy fajlagos merevség (a merevség elosztva a sűrűséggel)
2. Nagy fajlagos szilárdság (az erőt elosztjuk a sűrűséggel)
3. Rendkívül alacsony hőtágulási együttható (CTE)
4. Röntgen átlátszó (alacsony molekulatömege miatt)
Milyen alkalmazásokban használják a szénszálas kompozitokat?
A nagy fajlagos szilárdsággal, merevséggel és alacsony CTE-vel rendelkező szénszálas kompozitok egyedi elhelyezése számos alkalmazási területen egyedülálló helyet biztosít számukra, amint azt az alábbi táblázat mutatja:
A szénszálas kompozitok jellemző alkalmazásai
Tervezési információk
A szénszálas kompozitokat "tervezői anyagnak" tekintik, mivel az alkatrészek a szükséges irányokban és helyeken szilárdságra és/vagy merevségre szabhatók.Ezt az anyagok stratégiai elhelyezésével és a száliránynak a követelményeknek leginkább megfelelő orientációjával érik el.A szénszálas kompozitok által kínált tervezési és gyártási rugalmasság emellett lehetőséget kínál a tervezés optimalizálására, például számos funkció in situ konszolidálására és beépítésére, az alkatrész összárának további csökkentése érdekében.
Szerszámozás
Formákat használnak a kompozit alkatrészek alakjának meghatározására.Az összetett rész felveszi a formák minden formáját és jellemzőjét;ezért az alkatrész minőségét erősen befolyásolja a forma minősége.A penészgombák lehetnek hím vagy nőstények.A legelterjedtebbek az anyaformák, amelyek sima külső felületű alkatrészt, míg a férfi öntőforma sima belső felületet készítenek.Ha az alkatrészt prés segítségével tömörítik, akkor összeillő forma szükséges (férfi és anya).
Kétrészes szerszámok, amelyeket általában "kagylónak" neveznek
A formák készülhetnek kompozit anyagokból, fémmel töltött epoxiból, vagy megmunkálhatók alumíniumból vagy acélból.Az öntőforma és a felhasznált anyagok típusa az alkatrész típusától és a gyártási mennyiségtől függ.
Gyártási folyamat
A fejlett szénszál-gyártás általában hőre keményedő gyantákkal előimpregnált szénszálak felhasználásával történik.A két kulcsfontosságú módszer a következő:
1. Kézi fektetés
Az előre impregnált szőtt anyagok kézi felrakása még mindig a kompozit gyártó ipar jelentős részét képezi, amely emberi munkaerő készségeit és tapasztalatát igényli a lapos rétegek összetett formákká alakításához.Képes nagy teljesítményű és összetett alkatrészek előállítására, de költséges és nagyon változó folyamat lehet.
2. Automatizált szálelhelyezés (AFP)
A legfontosabb szempont a használt szál szélessége és a tömörítőhenger sugara.
