Руководство по обработке композитов из углеродного волокна
Композиты из углеродного волокна: руководство по обработке
Обработка композитов из углеродного волокна (CF) - сложный бизнес, учитывая, что большинство инженеров, думающих о производстве или проектировании, имеют опыт проектирования металлических деталей.его называли черным алюминием, а его дизайн и производство описывали как «черное искусство».Что это на самом деле?
Целью данного руководства по проектированию является предоставление общей информации и технических характеристик композитных материалов из углеродного волокна, а также некоторых рекомендаций по разработке легких высокопроизводительных изделий из композитов из углеродного волокна.
Почему углеродное волокно
Композиты из углеродного волокна обладают исключительными механическими свойствами по сравнению с однородными металлами и пластиками.Материал прочный, жесткий и легкий.Эти композиты являются предпочтительным материалом для применений, где первостепенное значение имеют легкий вес и превосходные характеристики, например, компоненты для космических кораблей, истребителей и гоночных автомобилей.
Что такое композиты из углеродного волокна
Композиционные материалы изготавливаются путем объединения армирования (волокна) с матрицей (смолой), и такая комбинация волокна и матрицы обеспечивает характеристики, превосходящие любой из материалов по отдельности.В композитном материале волокно несет большую часть нагрузки и вносит основной вклад в свойства материала.Смола помогает передавать нагрузку между волокнами, предотвращает коробление волокон и связывает материалы вместе.
Сколько это стоит?
Исторически композиты из углеродного волокна были очень дорогими, что ограничивало их использование только в особых случаях.Однако за последние семнадцать лет, по мере роста потребления и автоматизации производственных процессов, цены на композиты из углеродного волокна снизились.Комбинированный эффект снизил общую стоимость высококачественной алюминиевой продукции.Сегодня композиты из углеродного волокна экономически целесообразны во многих сферах применения, таких как спортивные товары, спортивные лодки, высокопроизводительные автомобили и высокопроизводительное промышленное оборудование.
Приложения
Композиционные материалы чрезвычайно универсальны.Инженер может выбирать из широкого спектра волокон и смол для получения желаемых свойств материала.Кроме того, для каждого приложения можно оптимизировать толщину материала и ориентацию волокон.
Преимущества композитов из углеродного волокна:
1. высокая удельная жесткость (жесткость, деленная на плотность)
2. высокая удельная прочность (прочность, деленная на плотность)
3. Чрезвычайно низкий коэффициент теплового расширения (CTE)
4. прозрачность для рентгеновских лучей (благодаря низкому молекулярному весу)
В каких приложениях используются композиты из углеродного волокна?
Уникальное расположение композитов из углеродного волокна с высокой удельной прочностью, жесткостью и низким КТР обеспечивает им уникальное место во многих областях применения, как показано в таблице ниже:
Типичные области применения композитов из углеродного волокна
Информация о дизайне
Композиты из углеродного волокна считаются «дизайнерским материалом», потому что детали могут быть адаптированы для обеспечения прочности и / или жесткости в необходимых направлениях и местах.Это достигается за счет стратегического размещения материалов и ориентации волокон в соответствии с требованиями.Кроме того, гибкость конструкции и производства, которую предлагают композиты из углеродного волокна, дает возможность оптимизировать дизайн, например объединить и включить многие функции на месте, чтобы еще больше снизить общую стоимость детали.
Инструменты
Формы используются для определения формы составных деталей.Составная деталь подберет все формы и особенности форм;поэтому качество детали сильно зависит от качества пресс-формы.Формы могут быть как мужскими, так и женскими.Матричные формы являются наиболее распространенными, и они позволяют производить деталь с гладкой внешней поверхностью, в то время как охватываемая форма дает гладкую внутреннюю поверхность.Соответствующая форма (охватываемая и охватывающая) требуется, если деталь уплотняется с помощью пресса.
Инструмент, состоящий из двух частей, обычно называемый «раскладушка».
Формы могут быть изготовлены из композитных материалов, эпоксидной смолы с металлическим наполнением или изготовлены из алюминия или стали.Тип используемой пресс-формы и материалов зависит от типа детали и объема производства.
Производственный процесс
Производство перспективного углеродного волокна обычно осуществляется с использованием предварительно пропитанного углеродного волокна термореактивными смолами.Используются два основных метода:
1. Отказ руки
Ручная укладка предварительно пропитанных тканых материалов по-прежнему является значительной частью отрасли производства композитов, требующей навыков и опыта человеческих ресурсов для формирования плоских слоев сложной формы.Он позволяет производить высокопроизводительные и сложные детали, но это дорогостоящий и очень изменчивый процесс.
2. Автоматическое размещение волокна (AFP)
В первую очередь следует учитывать ширину используемого волокна и радиус уплотняющего ролика.
