Compozit din fibră de carbon
Compozitul cu matrice de rășină armată cu fibră de carbon este un nou tip de material, care este fabricat din material polimer organic ca matrice și fibră de carbon ca armătură prin procesul de compozit și are performanțe semnificativ mai bune decât componenta originală. ". A devenit unul dintre cele mai importante materiale structurale de aviație datorită rezistenței sale specifice ridicate, modulului specific ridicat, rezistenței la oboseală, rezistenței la coroziune, integrității puternice a designului, confortului pentru turnarea integrală pe suprafețe mari și proprietăților electromagnetice speciale.
Rășinile matrice utilizate în compozitele matrice cu rășini armate cu fibră de carbon sunt împărțite în principal în două categorii: rășini termorigide și rășini termoplastice. Rășina termorezistentă este compusă din prepolimer reactiv cu greutate moleculară mică sau polimer cu greutate moleculară mare cu grup activ. În timpul procesului de turnare, este reticulat și condensat sub acțiunea agentului de întărire sau a căldurii pentru a forma o structură reticulata insolubilă. Utilizate în mod obișnuit sunt rășina epoxidice, rășina fenolică, rășina bismaleică ftalein amină etc. Rășina termoplastică este compusă din polimer liniar cu greutate moleculară mare, care este dizolvat și topit în anumite condiții și apar numai modificări fizice. Utilizate în mod obișnuit sunt polietilena, nailonul, PEEK etc.
Materiale comune din fibră de carbon:
1. Compozite cu matrice ceramică armată cu fibră de carbon
Ceramica are o rezistență excelentă la coroziune, rezistență la uzură, rezistență la temperaturi ridicate și stabilitate chimică și sunt utilizate pe scară largă în produsele industriale și civile. Cu toate acestea, slăbiciunea sa fatală este fragilitatea sa și este foarte sensibil la defecte subtile, cum ar fi fisurile, porii și incluziunile. Ceramica armată cu fibră de carbon poate îmbunătăți în mod eficient duritatea, poate schimba morfologia fracturii fragile a ceramicii și poate preveni propagarea și propagarea rapidă a fisurilor în matricea ceramică. În prezent, materialul ceramic ranforsat cu fibră de carbon relativ matur în țară și în străinătate este un material din carbură de siliciu armat cu fibră de carbon. Datorită proprietăților sale mecanice excelente la temperatură înaltă, nu are nevoie de măsuri suplimentare de izolare termică pentru a servi la temperaturi ridicate, așa că este utilizat pe scară largă în motoarele aeriene, vehiculele aerospațiale reutilizabile și alte domenii.
2. Compozite carbon/carbon
Compozitul carbon/carbon este abrevierea compozitului cu matrice de carbon armat cu fibră de carbon și este, de asemenea, un fel de compozit avansat. Este compus din fibră de carbon, țesătură, țesătură și alte compozite cu matrice de carbon ranforsată. Compozitele carbon/carbon sunt compuse în principal din diferite tipuri de carbon, și anume fibre de carbon, rășină de carbon și carbon depus. Acest tip de compozit, care este compus din elemente de carbon pur complet proiectate și fabricate artificial, are multe proprietăți excelente. Pe lângă rezistență ridicată, rigiditate ridicată, stabilitate dimensională, rezistență la oxidare și rezistență la uzură, are, de asemenea, rezistență ridicată la rupere și pseudoplasticitate. În special în mediul cu temperaturi ridicate, are rezistență ridicată, nu se topește, nu arde și doar o ablație uniformă, care este incomparabilă cu orice material metalic. Prin urmare, este utilizat pe scară largă în domenii de înaltă tehnologie, cum ar fi focoase de rachete, duze solide pentru motor de rachetă și discuri de frână pentru avioane.
3. Compozite cu matrice metalică armată cu fibră de carbon
Compozitul cu matrice metalică armată cu fibră de carbon este un material compozit cu fibră de carbon ca fibră de armare și metal ca matrice. În comparație cu materialele metalice, compozitele cu matrice metalică armată cu fibră de carbon au rezistență specifică și modul specific mai mari; În comparație cu ceramica, are duritate ridicată și rezistență la impact. Aluminiul, magneziul, nichelul, titanul și aliajele lor sunt utilizate în principal ca matrice metalică. Printre acestea, tehnologia de preparare a compozitelor de aluminiu și magneziu armat cu fibră de carbon este relativ matură. Principala dificultate tehnică în fabricarea compozitelor cu matrice metalică armată cu fibră de carbon este acoperirea suprafeței fibrelor de carbon, astfel încât să se prevină deteriorarea fibrelor de carbon în timpul procesului de amestecare, reducând astfel performanța generală a compozitelor. În prezent, modificarea suprafeței fibrelor de carbon adoptă în principal depunerea de vapori, metoda sodiului lichid etc. atunci când se prepară compozite cu matrice metalică armată cu fibră de carbon, dar procesul său complex și costul ridicat limitează promovarea și aplicarea compozitelor cu matrice metalică armată cu fibră de carbon.
4. Compozit pe bază de ciment armat cu fibră de carbon
Compozitele de ciment armat cu fibre de carbon (CFRC) sunt realizate prin adăugarea de fibră de carbon în matricea de ciment, care se numește beton armat cu fibre. Adăugarea de fibre de carbon de înaltă rezistență în materialele pe bază de ciment este o măsură importantă pentru a îmbunătăți rezistența la fisurare, impermeabilitatea, rezistența la forfecare și modulul de elasticitate al compozitelor de ciment, pentru a controla propagarea fisurilor, pentru a îmbunătăți rezistența puternică la alcali și pentru a îmbunătăți capacitatea de deformare.
În plus, fibra de carbon are, de asemenea, proprietatea de amortizare a vibrațiilor, care poate absorbi unda de vibrație și poate îmbunătăți rezistența seismică și rezistența la încovoiere de peste zece ori. Ceea ce este mai valoros este că fibra de carbon are conductivitate. Adăugarea acesteia la matricea de ciment conferă matricei de ciment inteligență, ceea ce extinde foarte mult domeniul de aplicare al betonului.
Suprafața compozitului CFRC nu se va crăpa sub sarcină. Rezistența sa la tracțiune, rezistența la încovoiere și duritatea la rupere sunt de câteva până la zece ori mai mari decât cele fără armătură, iar rezistența la impact este, de asemenea, considerabilă. Lungimea fibrei de carbon folosită pentru cimentul armat cu fibră de carbon tăiată este în general de {{0}} nm, iar diametrul este de 7-20 μm. Rezistența la tracțiune variază de la 0,5 la 0,8 GPa. Rezistența cimentului obișnuit este în general de 11,76 MPa. Dacă se adaugă 15% fibră de carbon în greutate, rezistența poate ajunge la 245MPa; Dacă cantitatea de amestec este de 20 la sută, rezistența poate ajunge la 548,8 MPa.
În plus, în comparație cu betonul obișnuit, CFRC are avantajele unei greutăți ușoare, rezistență ridicată, fluiditate bună, difuzie puternică și calitate ridicată a suprafeței după formare. Când este folosit ca perete despărțitor, este cu 1/2 ~ 1/3 mai subțire decât peretele despărțitor din beton obișnuit, iar greutatea sa este cu 1/2 ~ 1/3 mai ușoară. CFRC are o varietate de specificații, printre care betonul armat cu fibră de carbon tăiat scurt este utilizat în principal în acoperiș, perete exterior, perete interior, sol, tavan etc; Betonul cu fibre lungi este utilizat la componentele portante. Componentele realizate din acesta au dimensiuni stabile și au, de asemenea, antistatice, rezistență la uzură, rezistență la coroziune și alte proprietăți. Prin urmare, cercetările privind performanța CFRC s-au dezvoltat rapid în ultimii ani.
sursa:https://mp.weixin.qq.com/s/Y5MDhISUCvmcr5guRRpJSg