Mis on termoplastiline komposiitmaterjal?
Viimastel aastatel on termoplastilisel vaigul põhinevate kiudude tugevdatud termoplastiliste komposiitide areng kiire ning sedalaadi suure jõudlusega komposiitide uurimine ja arendamine algab maailmas. Termoplastilised komposiidid viitavad termoplastilistele polümeeridele (nagu polüetüleen (PE), polüamiid (PA), polüfenüleensulfiidi (PPS), polüetermimiid (PEI), polüeter -ketooni (PEKK) ja polüeter -eetri ketoonina (PEEK), mis on valmistatud pidevatest fibermaterjalidest (sellised, mis on valmistatud erinevatest maatriks (PEEK), mis on valmistatud erinevatest maatriks (PEEK), mis on valmistatud erinevatest maatriksitest (PEEK). kiudained jne) tugevdusmaterjalidena.
Termoplastilised lipiidipõhised komposiidid hõlmavad peamiselt pikki kiududega tugevdatud granulaarset (LFT) pidevat kiududega tugevdatud prepreg-mt ja klaaskiuduga tugevdatud termoplastilisi komposiite (CMT). Erinevate kasutusnõuete kohaselt sisaldab vaigu maatriks PPE-PAPRT, Pelpcpes, PEKPI, PA ja muud termoplastilise inseneriplasti ning mõõtmega hõlmab kõiki võimalikke kiudaineid sorte, näiteks klaasist kuiv viskoosiga arüülkiud ja boorkiud. Termoplastilise vaigu maatriksi komposiidi ja selle ringlussevõetavuse arendamisel on sedalaadi komposiitmaterjali areng kiirem. Termiline superkomponend on moodustanud enam kui 30% puumaatriksi komposiitmaterjali kogusummast Euroopas ja Ameerika arenenud riikides.
Termoplastiline maatriks
Termoplastiline maatriks on omamoodi termoplastiline materjal, sellel on head mehaanilised omadused ja soojustakistus, mida saab kasutada mitmesuguste tööstuslike tarvikute tootmisel. Termoplastilist maatriksit iseloomustab kõrge tugevus, kõrge kuumuskindlus ja hea korrosioonikindlus.
Praegu on lennundusväljale rakendatud termoplastilised vaigud peamiselt kõrge temperatuurikindla ja kõrge jõudlusega vaigu maatriks, sealhulgas Peek, PPS ja PEI. Nende hulgas kasutatakse amorfset PEI-d laiemalt õhusõidukite struktuuris kui poolkristalliliste PP-de ja piiluge kõrge vormimise temperatuuriga, kuna selle töötlemistemperatuur ja töötlemiskulud on madalamad.
Termoplastilisel vaigul on paremad mehaanilised omadused ja keemiline korrosioonikindlus, kõrgem hooldus temperatuur, kõrge spetsiifiline tugevus ja kõvadus, suurepärane luumurdude vastupidavus ja kahjustuste taluvus, suurepärase väsimuskindluse, saab vormida keerukaks geomeetriliseks kujuks ja struktuuriks, reguleeritava soojusjuhtivuse, taaskasutatava, hea stabiilsuse, korduva hallituse, korduva ja parandamise omadustesse.
Termoplastilisest vaigust ja tugevdusmaterjalist koosnev komposiitmaterjal on vastupidavus, suur sitkus, suur löögikindlus ja kahjustuste taluvus. Kiudude ettevalmistamist ei pea enam madalal temperatuuril säilitama, piiramatu Prepregi ladustamisperiood; Lühiajaline tsükkel, keevitamine, kõrge tootmise efektiivsus, hõlpsasti parandatav; Jäätmeid saab ringlusse võtta; Tootekujundusvabadus on suur, seda saab muuta keerukaks kujuks, moodustades kohanemisvõime ja palju muid eeliseid.
Tugevdusmaterjal
Termoplastiliste komposiitide omadused ei sõltu mitte ainult vaigu ja tugevdatud kiu omadustest, vaid ka tihedalt seotud kiu tugevdusrežiimiga. Termoplastiliste komposiitide kiudude tugevdusrežiim sisaldab kolme põhivormi: lühike kiudude tugevdus, pikk kiudude tugevdus ja pidev kiudude tugevdus.
Üldiselt on klammerdatud tugevdatud kiud 0,2–0,6 mm pikad ja kuna enamikul kiududest on alla 70 μm läbimõõduga, näevad klambrid välja rohkem pulbrina. Lühikesed kiududega tugevdatud termoplastid toodetakse tavaliselt kiudude segamisel sula termoplastiliseks. Maatriksi kiudude pikkus ja juhuslik orientatsioon muudavad hea niisutamise saavutamise suhteliselt lihtsaks. Võrreldes pikkade kiudainete ja pidevate kiudainega tugevdatud materjalidega on lühikeste kiudainekomposiitide valmistamiseks kõige hõlpsamini toota mehaaniliste omaduste minimaalset paranemist. Klambrite kiudude komposiidid kipuvad vormitud või väljapressima, moodustades lõplikud komponendid, kuna põhikiud mõjutavad voolavust vähem.
Pikkade kiududega tugevdatud komposiitide kiudude pikkus on tavaliselt umbes 20 mm, mis valmistatakse tavaliselt vaiguks niisutatud pideva kiudainete abil ja lõigatakse teatud pikkuseks. Tavaline protsess on pultsiooniprotsess, mis toodetakse, joonistades pideva kiudaine ja termoplastilise vaigu segu spetsiaalse vormimise stantsi kaudu. Praegu võivad pika kiudainega tugevdatud termoplastilise komposiidi struktuurilised omadused ulatuda enam kui 200 mPa ja moodul võib FDM -i printimisega ulatuda rohkem kui 20 GPA -ni ning omadused on paremad süstimisvormimisega.
Pidevate kiududega tugevdatud komposiitide kiud on “pidevad” ja erinevad pikkusega mõnest meetrist kuni mitme tuhande meetrini. Pidevad kiudkomposiidid pakuvad tavaliselt laminaate, ettevalmistusi või punutud kangaid jne, mis moodustub pidevate kiudude immutamisega soovitud termoplastilise maatriksiga.
Millised on kiudainega tugevdatud komposiitide omadused
Kiududega tugevdatud komposiit on valmistatud tugevdatud kiudainetest, näiteks klaaskiud, süsinikkiud, aramiidkiud ja maatriksmaterjalid mähise, vormimise või pultsiooni vormimise protsessi kaudu. Erinevate tugevdusmaterjalide kohaselt võib tavalised kiududega tugevdatud komposiidid jagada klaaskiududega tugevdatud komposiit (GFRP), süsinikkiuga tugevdatud komposiidi (CFRP) ja aramiidkiududega tugevdatud komposiit (AFRP).
Kiuduga tugevdatud komposiitidel on järgmised omadused:
(1) kõrge spetsiifiline tugevus ja suur spetsiifiline moodul;
(2) Materiaalsed omadused on kujundatavad;
(3) hea korrosioonikindlus ja vastupidavus;
(4) Soojuspaisumise koefitsient on sarnane betooni omaga.
Need omadused muudavad FRP -materjalid kaasaegsete ehitiste arendamise vajadustele suures ulatuses, kõrgudes, raske koormuses, valguses ja suures tugevuses ning töödes karmides tingimustes, aga ka tänapäevase ehituse industrialiseerimise arendamise nõuete täitmiseks, nii et seda kasutatakse üha laiemalt erinevates tsiviilhoonetes, sildades, maanteedel, ookeanides, hüdraulilistes ehitistes ja teistes põlvkondades.
Termoplastilistel komposiitidel on suurepärased arenguväljavaated
Aruande kohaselt peaks ülemaailmne termoplastiliste komposiitide turg 2030. aastaks 66,2 miljardit USA dollarit, mille aastane kasvumäär on prognoosiperioodil 7,8%. Selle suurenemise võib seostada kasvava tootevajaduse tõttu kosmose- ja autotööstuses ning ehitussektoris eksponentsiaalse kasvuga. Termoplastilisi komposiite kasutatakse elamute, infrastruktuuri ja veevarustusrajatiste ehitamisel. Sellised omadused nagu suurepärane tugevus, sitkus ning taaskasutamise ja remoteeritud võime muudavad termoplastilised komposiidid ideaalseks rakenduste ehitamiseks.
Termoplastilisi komposiite kasutatakse ka mahutite, kergete konstruktsioonide, aknaraamide, telefonpostide, reelingute, torude, paneelide ja uste tootmiseks. Autotööstus on üks peamisi rakendusvaldkondi. Tootjad keskenduvad kütusesäästlikkuse parandamisele, asendades metalle ja terast kergete termoplastiliste komposiitidega. Näiteks süsinikkiud kaalub ühe viiendiku sama palju kui terasest, nii et see aitab vähendada sõiduki kogumassi. Euroopa Komisjoni andmetel tõstetakse autode süsinikuheite ülempiiri 130 grammi kilomeetri kohta 95 grammi kilomeetri kohta 2024. aastaks, mis eeldatavasti suurendab nõudlust termoplastiliste komposiitide järele autotööstuses.
Termoplastiliste komposiitide väljavaade on tohutu ja kodumaised tootjad investeerivad suuresti teadus- ja arendustegevusesse. Loodame, et tulevikus kõigi ühiste pingutustega võib kodumaine liittehnoloogia olla rahvusvahelisel juhtpositsioonil.
Postiaeg: 21. aprill 20123