راهنمای پردازش کامپوزیت های فیبر کربن
کامپوزیت های فیبر کربن: راهنمای پردازش
پردازش کامپوزیت های فیبر کربن (CF) یک تجارت پیچیده است، با توجه به اینکه اکثر مهندسین که به تولید یا طراحی فکر می کنند از پس زمینه طراحی قطعات فلزی می آیند.آلومینیوم سیاه نامیده می شود و طراحی و ساخت آن به عنوان هنر سیاه توصیف شده است.واقعا چیه؟
هدف این راهنمای طراحی ارائه اطلاعات و مشخصات کلی در مورد مواد کامپوزیت فیبر کربن و برخی دستورالعمل ها برای طراحی محصولات سبک وزن با کارایی بالا با کامپوزیت های فیبر کربن است.
چرا فیبر کربن
کامپوزیت های فیبر کربن در مقایسه با فلزات و پلاستیک های همگن دارای خواص مکانیکی استثنایی هستند.این ماده قوی، سفت و سبک است.این کامپوزیت ها ماده انتخابی برای کاربردهایی هستند که در آنها سبک وزن و عملکرد برتر از اهمیت بالایی برخوردار است، مانند اجزای سازنده فضاپیما، هواپیماهای جنگنده و اتومبیل های مسابقه.
کامپوزیت های فیبر کربن چیست؟
مواد کامپوزیت از ترکیب تقویت کننده (الیاف) با ماتریس (رزین) ساخته می شوند و این ترکیب فیبر و ماتریس ویژگی هایی برتر از هر یک از مواد به تنهایی ارائه می دهد.در یک ماده کامپوزیت، فیبر اکثریت بار را حمل می کند و سهم عمده ای در خواص مواد دارد.رزین به انتقال بار بین الیاف کمک می کند، از کمانش الیاف جلوگیری می کند و مواد را به هم می چسباند.
قیمتش چقدر است؟
از لحاظ تاریخی، کامپوزیت های فیبر کربن بسیار گران بوده است که استفاده از آن را تنها به کاربردهای خاص محدود کرده است.با این حال، در طول هفده سال گذشته، با افزایش مصرف و افزایش اتوماسیون در فرآیندهای تولید، قیمت کامپوزیت های فیبر کربن کاهش یافته است.اثر ترکیبی باعث کاهش هزینه کلی محصولات آلومینیومی سطح بالا شده است.امروزه کامپوزیت های فیبر کربن در بسیاری از کاربردها مانند کالاهای ورزشی، قایق های پرفورمنس، وسایل نقلیه پرفورمنس و ماشین آلات صنعتی با کارایی بالا از نظر اقتصادی مقرون به صرفه هستند.
برنامه های کاربردی
مواد کامپوزیتی بسیار متنوع هستند.مهندس می تواند از بین طیف گسترده ای از الیاف و رزین ها برای به دست آوردن خواص مواد مورد نظر انتخاب کند.همچنین، ضخامت مواد و جهت گیری فیبر را می توان برای هر برنامه بهینه کرد.
مزایای کامپوزیت های فیبر کربن عبارتند از:
1. سفتی ویژه بالا (سفتی تقسیم بر چگالی)
2. استحکام ویژه بالا (قدرت تقسیم بر چگالی)
3-ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین (CTE)
4. اشعه ایکس شفاف (به دلیل وزن مولکولی کم)
کامپوزیت های فیبر کربن در چه کاربردهایی استفاده می شوند؟
موقعیت منحصر به فرد کامپوزیت های فیبر کربن با استحکام ویژه بالا، سختی و CTE کم، مکان منحصر به فردی را برای آنها در بسیاری از زمینه های کاربردی فراهم می کند که در جدول زیر نشان داده شده است:
کاربردهای معمولی برای کامپوزیت های فیبر کربنی
اطلاعات طراحی
کامپوزیت های فیبر کربن به عنوان "مواد طراح" در نظر گرفته می شوند زیرا قطعات را می توان به گونه ای طراحی کرد که دارای استحکام و یا سفتی در جهت ها و مکان های ضروری باشد.این امر با قرار دادن استراتژیک مواد و جهت دهی فیبر جهت مطابقت با نیازها به دست می آید.همچنین، انعطاف‌پذیری طراحی و ساخت که کامپوزیت‌های فیبر کربن ارائه می‌دهند، فرصت‌هایی را برای بهینه‌سازی طراحی، مانند تجمیع و ترکیب بسیاری از ویژگی‌ها در محل، برای کاهش بیشتر قیمت کل قطعه، فراهم می‌کند.
ابزار
از قالب ها برای تعیین شکل قطعات کامپوزیت استفاده می شود.بخش کامپوزیت تمام اشکال و ویژگی های قالب را می گیرد.بنابراین کیفیت قطعه به شدت تحت تأثیر کیفیت قالب است.قالب ها می توانند نر یا ماده باشند.قالب های ماده رایج ترین هستند و قسمتی با سطح بیرونی صاف تولید می کنند در حالی که قالب های نر سطح داخلی صاف را تولید می کنند.اگر قطعه با استفاده از پرس یکپارچه شود، قالب همسان (نر و ماده) مورد نیاز است.
ابزار دو قسمتی که معمولاً به آن "تاشو" می گویند
قالب ها را می توان با مواد کامپوزیت، اپوکسی پر شده با فلز یا ماشینکاری از آلومینیوم یا فولاد ساخت.نوع قالب و مواد مورد استفاده بستگی به نوع قطعه و مقدار تولید دارد.
فرایند ساخت
تولید فیبر کربن پیشرفته معمولاً با استفاده از فیبر کربن از پیش آغشته شده با رزین های ترموست انجام می شود.دو روش کلیدی مورد استفاده عبارتند از:
1. چیدمان دست
چیدمان دستی مواد بافته شده از قبل آغشته شده هنوز بخش بزرگی از صنعت تولید کامپوزیت است و به مهارت و تجربه نیروی انسانی نیاز دارد تا لایه‌های مسطح را به اشکال پیچیده تبدیل کند.قادر به تولید قطعات با کارایی بالا و پیچیده است اما می تواند فرآیندی گران قیمت و بسیار متغیر باشد.
2. قرار دادن خودکار فیبر (AFP)
موارد اصلی که باید در نظر بگیرید عرض الیافی است که استفاده می کنید و شعاع غلتک تراکمی.
