Karbon fiber kompozit
Karbon fiber takviyeli reçine matris kompozit, matris olarak organik polimer malzemeden ve kompozit işlemle takviye olarak karbon fiberden yapılmış ve orijinal bileşenden önemli ölçüde daha iyi performansa sahip yeni bir malzeme türüdür. ". Yüksek özgül mukavemeti, yüksek özgül modülü, yorulma direnci, korozyon direnci, güçlü tasarım bütünlüğü, geniş alan entegre kalıplamaya uygunluğu ve özel elektromanyetik özellikleri nedeniyle en önemli havacılık yapı malzemelerinden biri haline gelmiştir.
Karbon fiber takviyeli reçine matrisli kompozitlerde kullanılan matris reçineleri esas olarak iki kategoriye ayrılır: termoset reçine ve termoplastik reçine. Isıyla sertleşen reçine, aktif gruplu reaktif düşük moleküler ağırlıklı prepolimer veya yüksek moleküler ağırlıklı polimerden oluşur. Kalıplama işlemi sırasında, çözünmez çapraz bağlı bir yapı oluşturmak için kürleme maddesinin veya ısının etkisi altında çapraz bağlanır ve yoğunlaştırılır. Yaygın olarak kullanılanlar epoksi reçine, fenolik reçine, bismaleik ftalein amin reçine vb.dir. Termoplastik reçine, belirli koşullar altında çözülen ve eriyen doğrusal yüksek moleküler ağırlıklı polimerden oluşur ve yalnızca fiziksel değişiklikler meydana gelir. Yaygın olarak kullanılanlar polietilen, naylon, PEEK vb.
Ortak karbon fiber malzemeler:
1. Karbon fiber takviyeli seramik matriks kompozitler
Seramikler mükemmel korozyon direncine, aşınma direncine, yüksek sıcaklık direncine ve kimyasal kararlılığa sahiptir ve endüstriyel ve sivil ürünlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, ölümcül zayıflığı kırılganlığıdır ve çatlaklar, gözenekler ve kapanımlar gibi ince kusurlara karşı çok hassastır. Karbon fiber takviyeli seramikler, tokluğu etkili bir şekilde geliştirebilir, seramiğin kırılgan kırılma morfolojisini değiştirebilir ve seramik matristeki çatlakların hızlı yayılmasını ve yayılmasını önleyebilir. Şu anda, yurtiçinde ve yurtdışında nispeten olgun karbon fiber takviyeli seramik malzeme, karbon fiber takviyeli silisyum karbür malzemedir. Mükemmel yüksek sıcaklık mekanik özellikleri nedeniyle, yüksek sıcaklıklarda hizmet vermek için ek ısı yalıtım önlemlerine ihtiyaç duymaz, bu nedenle uçak motorlarında, tekrar kullanılabilir havacılık araçlarında ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılır.
2. Karbon/karbon kompozitleri
Karbon/karbon kompoziti, karbon elyaf takviyeli karbon matrisli kompozitin kısaltmasıdır ve aynı zamanda bir tür gelişmiş kompozittir. Karbon fiber, kumaş, dokuma kumaş ve diğer güçlendirilmiş karbon matris kompozitlerinden oluşur. Karbon/karbon kompozitleri esas olarak çeşitli karbon türlerinden, yani fiber karbon, reçine karbon ve birikmiş karbondan oluşur. Tamamı yapay olarak tasarlanmış ve üretilmiş saf karbon elementlerinden oluşan bu tür kompozitler birçok mükemmel özelliğe sahiptir. Yüksek mukavemet, yüksek sertlik, boyutsal kararlılık, oksidasyon direnci ve aşınma direncinin yanı sıra yüksek kırılma tokluğu ve psödoplastisiteye de sahiptir. Özellikle yüksek sıcaklık ortamında, herhangi bir metal malzeme ile kıyaslanamayacak kadar yüksek mukavemete, erimeye, yanmaya ve sadece tekdüze aşınmaya sahiptir. Bu nedenle füze savaş başlıkları, katı roket motoru nozülleri ve uçak fren diskleri gibi yüksek teknoloji alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
3. Karbon fiber takviyeli metal matris kompozitler
Karbon elyaf takviyeli metal matris kompozit, takviye elyafı olarak karbon elyafı ve matris olarak metali içeren bir kompozit malzemedir. Metal malzemelerle karşılaştırıldığında, karbon fiber takviyeli metal matris kompozitler daha yüksek özgül mukavemete ve özgül modüle sahiptir; Seramiklere göre tokluğu ve darbe dayanımı yüksektir. Metal matris olarak çoğunlukla alüminyum, magnezyum, nikel, titanyum ve alaşımları kullanılmaktadır. Bunların arasında, karbon fiber takviyeli alüminyum ve magnezyum kompozitlerin hazırlanma teknolojisi nispeten olgunlaşmıştır. Karbon elyaf takviyeli metal matris kompozitlerin imalatındaki ana teknik zorluk, karbon elyafların birleştirme işlemi sırasında hasar görmesini önlemek için karbon elyafların yüzey kaplamasıdır ve böylece kompozitlerin genel performansını düşürür. Şu anda, karbon fiberlerin yüzey modifikasyonu, karbon fiber takviyeli metal matris kompozitler hazırlanırken esas olarak buhar biriktirme, sıvı sodyum yöntemi vb. benimser, ancak karmaşık süreci ve yüksek maliyeti, karbon fiber takviyeli metal matris kompozitlerin tanıtımını ve uygulamasını sınırlar.
4. Karbon fiber takviyeli çimento esaslı kompozit
Karbon fiber takviyeli çimento kompozitler (CFRC), fiber takviyeli beton olarak adlandırılan çimento matrisine karbon fiber eklenerek yapılır. Çimento esaslı malzemelere yüksek mukavemetli karbon fiber eklenmesi, çimento kompozitlerinin çatlak direncini, geçirimsizliğini, kayma mukavemetini ve elastik modülünü iyileştirmek, çatlak yayılmasını kontrol etmek, güçlü alkali direncini geliştirmek ve deformasyon kapasitesini artırmak için önemli bir önlemdir.
Ek olarak, karbon fiber ayrıca titreşim dalgasını emebilen ve sismik direnci ve bükülme mukavemetini on kattan fazla artırabilen titreşim sönümleme özelliğine de sahiptir. Daha değerli olan, karbon fiberin iletkenliğe sahip olmasıdır. Çimento matrisine eklenmesi, çimento matrisine betonun uygulama kapsamını büyük ölçüde genişleten zeka kazandırır.
CFRC kompozitin yüzeyi yük altında çatlama yapmaz. Çekme mukavemeti, eğilme mukavemeti ve kırılma tokluğu takviyesiz olanlardan birkaç ila on kat daha yüksektir ve darbe tokluğu da dikkate değerdir. Kıyılmış karbon elyaf takviyeli çimento için kullanılan karbon elyafın uzunluğu genellikle {{0}} nm'dir ve çap 7-20 μ m'dir. Çekme mukavemeti, 0,5 ila 0,8 GPa aralığındadır. Sıradan çimentonun mukavemeti genellikle 11.76MPa'dır. Ağırlıkça yüzde 15 karbon fiber eklenirse, güç 245MPa'ya ulaşabilir; Katkı miktarı yüzde 20 ise, mukavemet 548.8MPa'ya ulaşabilir.
Ayrıca, sıradan betonla karşılaştırıldığında CFRC, hafiflik, yüksek mukavemet, iyi akışkanlık, güçlü difüzyon ve şekillendirildikten sonra yüksek yüzey kalitesi gibi avantajlara sahiptir. Bölme olarak kullanıldığında normal betondan yapılan bölmeye göre 1/2~1/3 daha ince ve ağırlığı 1/2~1/3 daha hafiftir. CFRC, kısa kesilmiş karbon elyaf takviyeli betonun esas olarak çatı, dış duvar, iç duvar, zemin, tavan vb.'de kullanıldığı çeşitli özelliklere sahiptir; Taşıyıcı bileşenlerde uzun lifli beton kullanılmaktadır. Ondan yapılan bileşenler sabit boyutlara sahiptir ve ayrıca anti-statik, aşınma direnci, korozyon direnci ve diğer özelliklere sahiptir. Bu nedenle, CFRC'nin performansına ilişkin araştırmalar son yıllarda hızla gelişmiştir.
kaynak: https://mp.weixin.qq.com/s/Y5MDhISUCvmcr5guRRpJSg