Vejledning til behandling af kulfiberkompositter
Carbon Fiber Composites: Processing Guide
Bearbejdning af kulfiber (CF) kompositter er en vanskelig forretning, da de fleste ingeniører tænker på at producere eller designe kommer fra en baggrund med at designe metaldele.det er blevet kaldt sort aluminium, og dets design og fremstilling er blevet beskrevet som sort kunst.Hvad er det egentlig?
Formålet med denne designguide er at give generel information og specifikationer om kulfiberkompositmaterialer og nogle retningslinjer for design af lette højtydende produkter med kulfiberkompositter.
Hvorfor kulfiber
Kulfiberkompositter har exceptionelle mekaniske egenskaber sammenlignet med homogene metaller og plast.Materialet er stærkt, stift og let.Disse kompositmaterialer er det foretrukne materiale til applikationer, hvor letvægt og overlegen ydeevne er altafgørende, såsom komponenter til rumfartøjer, kampfly og racerbiler.
Hvad er kulfiberkompositter
Kompositmaterialer fremstilles ved at kombinere forstærkning (fiber) med matrix (harpiks), og denne kombination af fiberen og matrixen giver egenskaber, der er bedre end et af materialerne alene.I et kompositmateriale bærer fiberen størstedelen af belastningen og er den største bidragyder i materialeegenskaberne.Harpiksen hjælper med at overføre belastning mellem fibre, forhindrer fibrene i at bukke og binder materialerne sammen.
Hvor meget koster det?
Historisk set har kulfiberkompositter været meget dyre, hvilket har begrænset dets anvendelse til kun specielle applikationer.Men i løbet af de sidste sytten år, da forbruget er steget og automatiseringen i fremstillingsprocesser er steget, er prisen på kulfiberkompositter faldet.Den kombinerede effekt har sænket de samlede omkostninger ved high-end aluminiumsprodukter.I dag er kulfiberkompositter økonomisk levedygtige i mange applikationer, såsom sportsartikler, præstationsbåde, præstationskøretøjer og højtydende industrimaskiner.
Ansøgninger
Kompositmaterialer er ekstremt alsidige.Ingeniøren kan vælge mellem en bred vifte af fibre og harpikser for at opnå de ønskede materialeegenskaber.Materialetykkelsen og fiberorienteringerne kan også optimeres til hver applikation.
Fordelene ved kulfiberkompositter er:
1.Høj specifik stivhed (stivhed divideret med tæthed)
2. Høj specifik styrke (styrke divideret med tæthed)
3. Ekstremt lav termisk udvidelseskoefficient (CTE)
4. Røntgengennemsigtig (på grund af dens lave molekylvægt)
I hvilke applikationer bruges kulfiberkompositter?
Den unikke placering af kulfiberkompositterne med høj specifik styrke, stivhed og lav CTE giver dem en unik plads i mange anvendelsesområder som vist i tabellen nedenfor:
Typiske anvendelser for kulfiberkompositter
Design information
Kulfiberkompositter betragtes som "designers materiale", fordi delene kan skræddersyes til at have styrke og/eller stivhed i de retninger og placeringer, der er nødvendige.Dette opnås ved strategisk at placere materialer og orientere fiberretningen, så den bedst passer til kravene.Design- og fremstillingsfleksibiliteten, som kulfiberkompositter tilbyder, giver også muligheder for at optimere designet, såsom konsolidering og inkorporering af mange funktioner in-situ, for yderligere at reducere den samlede delpris.
Værktøj
Forme bruges til at definere formen på de sammensatte dele.Den sammensatte del vil opfange alle former og funktioner i formene;derfor er delens kvalitet stærkt påvirket af formens kvalitet.Skimmelsvampene kan enten være han- eller hunkøn.Hunformene er de mest almindelige, og de vil producere en del med en glat udvendig overflade, mens en hanform vil producere en glat indvendig overflade.En matchet form (han og hun) er påkrævet, hvis delen konsolideres ved hjælp af en presse.
Todelt værktøj, almindeligvis kaldet en "muslingeskal"
Formene kan laves med kompositmaterialer, metalfyldt epoxy eller bearbejdes af aluminium eller stål.Typen af form og materialer, der anvendes, afhænger af typen af del og produktionsmængden.
Fremstillingsproces
Avanceret kulfiberproduktion udføres normalt ved hjælp af præ-imprægnerede kulfiber med termohærdende harpikser.De to nøglemetoder, der anvendes, er:
1. Håndoplægning
Håndoplægningen af præimprægnerede vævede materialer er stadig en stor del af kompositfremstillingsindustrien, der kræver færdigheder og erfaring fra en menneskelig arbejdsstyrke til at danne flade lag til komplekse former.Det er i stand til at producere højtydende og komplekse dele, men kan være en dyr og meget variabel proces.
2. Automatiseret fiberplacering (AFP)
De vigtigste ting at overveje er bredden af den fiber, du bruger, og komprimeringsvalsens radius.
