چگونه درجه های مختلف فیبر کربن بر عملکرد و کاربردها تأثیر می گذارد؟ چگونه درجه های مختلف فیبر کربن بر عملکرد و کاربردها تأثیر می گذارد؟

در دنیای مواد پیشرفته ، فیبر کربن از نظر استثنایی استثنایی به وزن ، سفتی و سازگاری آن متمایز است. این صنعت صنایع را از موتورسواری با سرعت بالا به مهندسی مدرن هوافضا تبدیل کرده است. با این حال ، هر نوع فیبر کربن به طور برابر ایجاد نمی شود. اصطلاح "فیبر کربن" به طیف گسترده ای از مواد اشاره دارد که هر یک با خواص خاص برای یک کاربرد خاص طراحی شده اند. دانستن نمرات مختلف فیبر کربن برای مهندسان ، طراحان و مبتکران برای سوء استفاده کامل از توانایی های خود بسیار مهم است. این نمرات تا حد زیادی توسط خصوصیات مکانیکی آنها ، به ویژه مدول کششی و استحکام کششی تعیین می شود که مستقیماً بر عملکرد و مناسب بودن آنها برای کاربردهای مختلف تأثیر می گذارد.

چه چیزی درجه فیبر کربن را تعیین می کند؟

نمرات فیبر کربن در درجه اول بر اساس مدول کششی آنها طبقه بندی می شوند ، که نشان دهنده سفتی و مقاومت در برابر کشش یا خمش است. عامل مهم دیگر مقاومت کششی است ، حداکثر بار یک فیبر می تواند قبل از شکستن مقاومت کند. به طور کلی ، الیاف با مدول کششی بالاتر تمایل به مقاومت کششی کمتری دارند و آنها را شکننده تر می کند. این تجارت یک نکته مهم در انتخاب مواد است. روشهای تولید ، به ویژه دمای نهایی تصفیه حرارت ، نقش مهمی در شکل دادن به این خصوصیات دارند.

انتخاب مواد پیشرو مورد استفاده در تولید تأثیر معنی داری بر خواص و درجه فیبر کربن دارد.

الیاف کربن مبتنی بر تابه

این الیاف از پلی آکریلونیتریل (PAN) ساخته شده و بیش از 90 ٪ از تولید فیبر کربن جهانی را تشکیل می دهند. آنها به دلیل قدرت کششی عالی خود شناخته شده اند و دارای دامنه مدول گسترده ای هستند. فرآیند تولید آنها شامل چرخش تابه به الیاف است که سپس تثبیت می شوند ، کربن می شوند و در برخی موارد در معرض پردازش اضافی قرار می گیرند تا بیشتر خواص آنها را افزایش دهند.

الیاف کربن مبتنی بر زمین

این الیاف از زمین نفتی یا زغال سنگ حاصل می شوند و می توانند به مقادیر مدول بسیار بالایی دست یابند ، اغلب بالاتر از الیاف مبتنی بر PAN. فرآیند تولید آنها به فن آوری های مختلف خاص به پیش سازنده زمین متکی است و به دلیل سفتی فوق العاده بالا و هدایت حرارتی عالی ، این الیاف معمولاً برای برنامه هایی که نیاز به سفتی و مقاومت در برابر گرما دارند ، محفوظ است.

درک سطح "k"

شما اغلب فیبر کربن را با شماره "K" مانند 3K یا 12K توصیف می کنید. "K" به هزاران رشته فیبر کربن فردی که در یک رشته واحد یا "بکسل" همراه هستند ، اشاره دارد. به عنوان مثال ، یک بغل 3K از 3000 رشته تشکیل شده است. یک تصور غلط رایج این است که مقدار "K" نشان دهنده کیفیت یا درجه فیبر کربن است. در واقعیت ، این به سادگی نشان دهنده اندازه بغل است. در حالی که بافت 3K به دلیل ظاهر سنتی فیبر کربن به طور گسترده ای شناخته شده است ، TOW های بزرگتر مانند 12K امکان تولید کارآمدتر لمینت های ضخیم تر را فراهم می کند. در نهایت ، انتخاب اندازه بغل بستگی به نیازهای تولید و پایان بصری مورد نظر محصول نهایی دارد.

دامنه درجه فیبر کربن

نمرات فیبر کربن (از مدول استاندارد تا مدول فوق العاده بالا) به طور معمول توسط مدول کششی آنها طبقه بندی می شوند ، که در اینچ megasquare (MSI) یا Kilopascals (GPA) بیان شده است.

فیبر کربن مدول استاندارد (SM)

این رایج ترین و مقرون به صرفه ترین درجه فیبر کربن است. این تعادل عالی بین استحکام و سفتی ارائه می دهد و آن را برای طیف گسترده ای از برنامه ها مناسب می کند. فیبر کربن مدول استاندارد به طور معمول دارای یک مدول کششی تقریباً 33 MSI (227 GPa) است که نشان دهنده یک مزیت عملکرد قابل توجهی نسبت به مواد سنتی مانند فولاد و آلومینیوم است.

کاربردهای فیبر کربن مدول استاندارد

قاب های دوچرخه ، راکت تنیس ، چوب هاکی و سایر تجهیزات ورزشی

قطعات خودکار ، از جمله پانل های بدن و تر و تمیز داخلی

لوازم الکترونیکی مصرفی عمومی استفاده صنعتی

مدول میانی (IM) فیبر کربن

همانطور که از نام آن پیداست ، الیاف کربن مدول میانی سفتی بیشتری نسبت به نمرات استاندارد ارائه می دهند. الیاف IM تعادل بین سفتی زیاد و قدرت کششی شدید ایجاد می کنند. با داشتن یک مدول کششی تقریباً 42 MSI (289 GPa) ، آنها اغلب برای برنامه هایی انتخاب می شوند که ضمن جلوگیری از هزینه بیشتر مرتبط با الیاف مدول بالا ، به عملکرد بالاتر نیاز دارند.

کاربردهای فیبر کربن مدول میانی

ساختارهای هوافضا

قطعات اتومبیل با کارایی بالا

تجهیزات ورزشی سطح بالا

روبات های صنعتی

فیبر کربن مدول بالا (HM)

الیاف کربن با مدل بالا دارای سفتی استثنایی هستند که از طریق پردازش اضافی با دمای بالا حاصل می شود که یک ساختار کریستالی ظریف تر ایجاد می کند. این منجر به یک مدول کششی 55 MSI (393 GPa) یا بالاتر می شود. با این حال ، این افزایش سختی اغلب با تجارت همراه است: کاهش استحکام کششی و افزایش شکنندگی. با توجه به فرآیند تولید پیچیده تر و پر انرژی ، الیاف کربن با مدل بالا نیز با قیمت قابل توجهی بالاتر می آیند.

استفاده از فیبر کربن مدول بالا

هوافضا و اجزای ماهواره ای که سفتی شدید بسیار مهم است

فرمول 1 و سایر موتورهای نخبه

ماشین آلات صنعتی سطح بالا

فیبر کربن مدول فوق العاده بلند (UHM)

در انتهای بالای فن آوری فیبر کربن ، الیاف کربن مدول فوق العاده بالا (UHM) قرار دارد. این الیاف ، که به طور معمول از پیش سازهای مبتنی بر زمین تولید می شوند ، حداکثر سختی را نشان می دهند ، با مدول های کششی بیش از 110 MSI (758 GPA). با توجه به هزینه بالای آنها ، الیاف UHM فقط در بیشترین برنامه های کاربردی مورد استفاده قرار می گیرند ، که در آن حداکثر سختی و حداقل انحراف تحت بار بسیار مهم است.

استفاده از فیبر کربن مدول فوق العاده بلند

فضاپیما و ساختارهای ماهواره ای

برنامه های ارتش پیشرفته

ابزارهای علمی تخصصی

الگوی بافت چگونه بر عملکرد فیبر کربن تأثیر می گذارد؟

علاوه بر خصوصیات ذاتی رشته های فیبر کربن ، نحوه بافته شدن آنها در پارچه نیز بر خواص کامپوزیت تمام شده تأثیر می گذارد. اگرچه بسیاری از الگوهای بافندگی وجود دارند ، اما متداول ترین آنها بافته های ساده ، دوقلوی و ساتن است.

بافت ساده

این ساده ترین و رایج ترین بافت با ظاهری کلاسیک چکمه است. این ثبات خوب را ارائه می دهد و کار با آن آسان است.

بافت Twill

در یک بافت دوقلوی ، TOWS از دو یا چند TOW و سپس در زیر یک یا چند Tows عبور می کند و یک الگوی مورب ایجاد می کند. این باعث می شود پارچه انعطاف پذیر تر و مناسب تر برای مطابقت با اشکال پیچیده باشد.

بافت ساتن

یک بافت ساتن بین رشته ها متقاطع کمتری دارد و در نتیجه سطح صاف و صافی ایجاد می شود. این بافت برای قطعاتی که دارای کانتورهای پیچیده هستند بسیار مناسب و مناسب است.

یک جهت

در این شکل ، تمام الیاف در یک جهت تراز می شوند. [15] این بیشترین قدرت و سفتی را در آن جهت فراهم می کند ، اما از جهات دیگر ضعیف تر است. قطعات کامپوزیت اغلب از چندین لایه از الیاف کربن یک طرفه جهت گیری در جهات مختلف برای دستیابی به مشخصات قدرت متعادل ساخته می شوند.

در جدول زیر ویژگی های الگوهای بافت فیبر کربن مشترک خلاصه شده است

چگونه درجه های مختلف فیبر کربن بر هزینه تأثیر می گذارد؟

یک عامل اصلی مؤثر در استفاده از نمرات مختلف فیبر کربن هزینه است. قیمت فیبر کربن با پیچیدگی و مصرف انرژی فرآیند تولید ارتباط نزدیکی دارد. فیبر کربن استاندارد مدول اقتصادی ترین گزینه است که به طور معمول بین 10 تا 20 دلار در هر پوند قیمت دارد. با این حال ، با افزایش الزامات عملکرد ، قیمت نیز چنین می شود. تولید الیاف مدول بالا و فوق العاده بالا شامل عملیات حرارتی فشرده تر است و در برخی موارد به مواد پیشرو تخصصی نیاز دارد. این می تواند هزینه ها را به بیش از 150 دلار در هر پوند هدایت کند. انتخاب پیشرو نیز بر قیمت گذاری تأثیر می گذارد. در حالی که الیاف مبتنی بر PAN به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند ، فرایند تولید آنها پیچیده تر از برخی گزینه های مبتنی بر زمین است و در نتیجه هزینه های بالاتری دارد. بنابراین ، انتخاب درجه فیبر کربن مناسب اغلب نیاز به تعادل نیازهای عملکرد با محدودیت های بودجه دارد.

پایان

فیبر کربن یک ماده واحد و همگن نیست ، بلکه طیف وسیعی از نمرات است که هر یک با تعادل سفتی ، قدرت و هزینه خود تعریف می شوند. این تنوع مهندسان و طراحان را قادر می سازد راه حل مناسب را برای یک برنامه خاص انتخاب کنند. الیاف مدول استاندارد به دلیل خاصیت جامع آنها به طور گسترده در کالاهای ورزشی روزمره مورد استفاده قرار می گیرند ، در حالی که نمرات مدول فوق العاده بالا برای نیازهای عملکرد شدید هوافضا محفوظ است. توانایی تطبیق درجه مناسب با کاربرد مناسب برای نوآوری رانندگی بسیار مهم است. با پیشرفت فناوری تولید و کاهش هزینه ها ، طیف وسیعی از صنایع اتخاذ فیبر کربن فقط گسترش می یابد و موقعیت خود را به عنوان سنگ بنای مهندسی مدرن تقویت می کند.

با ما تماس بگیرید

آیا می خواهید در مورد فیبر کربن اطلاعات بیشتری کسب کنید؟ با 25 سال تجربه صنعت ، با شرکت Technology Composite Material Composite Composite Composite Composite Composite تماس بگیرید. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد محصولات فیبر کربن ما ، لطفاً sales18@julitech.cn ایمیل کنید یا از طریق WhatsApp در {{5} با ما تماس بگیرید