It-tqabbil tal-prestazzjoni bejn il-fibra tal-karbonju termoplastika u l-fibra tal-karbonju termosetting għal applikazzjonijiet aerospazjali.
Mill-millennju l-ġdid, saru kisbiet sinifikanti fir-riċerka u l-esplorazzjoni ta 'diversi materjali komposti ġodda, bħall-fibra tal-ħġieġ popolari bħalissa, fibra tal-karbonju, u komposti tal-fibra aramid. Dan l-artikolu se jintroduċi fibra tal-karbonju u l-komposti tagħha, magħrufa bħala "deheb iswed." Il-fibra tal-karbonju ilha aktar minn seklu, u bi żvilupp kontinwu, gradwalment sabet applikazzjonijiet f'tagħmir sportiv u karozzi tat-tlielaq tal-Formula 1. Bħalissa, il-materjal mainstream huwa komposti tal-fibra tal-karbonju termosetting, li jinkludu reżini termosetting bħal reżina epoxy, reżina fenolika u reżina bismaleimide.
Il-komposti tal-fibra tal-karbonju termoplastiku huma aktar adattati għal applikazzjonijiet aerospazjali.
Biż-żieda fir-riċerka dwar il-fibra tal-karbonju u diversi plastiks, ġie skopert li l-użu ta 'plastiks ta' speċjalità bħala matriċi flimkien mal-fibra tal-karbonju jista 'jinfluwenza aħjar il-karatteristiċi ta' prestazzjoni għolja tal-fibra tal-karbonju. Jekk komposti termoplastiku rinfurzati b'fibra tal-karbonju kontinwi jistgħu jiġu prodotti bil-massa, is-settur industrijali kollu se jibbenefika, u industriji high-end bħall-oqsma aerospazjali u mediċi se jesperjenzaw tkabbir sinifikanti. Bħalissa, il-vantaġġi tal-komposti tar-reżina epossidika tal-fibra tal-karbonju-bħal qawwa għolja, creep baxx, modulu għoli, u spiża baxxa - ġew ippruvati applikabbli għall-qasam aerospazjali. Madankollu, id-dgħufijiet tagħhom huma wkoll pjuttost evidenti, inkluż fraġilità għolja, suxxettibbiltà għall-qsim, u rati għoljin ta 'assorbiment ta' umdità, li joħolqu ċerti riskji ta 'applikazzjoni. L-inkorporazzjoni ta 'materjali tal-matriċi termoplastiku tista' tindirizza dawn in-nuqqasijiet ta 'prestazzjoni u tiftaħ possibbiltajiet ġodda għal komposti tal-fibra tal-karbonju.
Hemm ħafna plastiks speċjali ta 'prestazzjoni għolja, bħal Polyether Ether Ketone (PEEK), Polyether Ketone Ketone (PEKK), Polyether Ketone Ether Ketone Ketone (PEKEKK), Polyether Imide (PEI), Polyphenylene Sulfide (PPS), u Polyamide (PA). ). Dawn ir-reżini tal-matriċi termoplastiku jistgħu jipprovdu struttura fiżika aħjar u proprjetajiet kimiċi għall-fibra tal-karbonju. Meta tieħu Polyether Ether Ketone (PEEK) bħala eżempju, għandha temperatura ta 'transizzjoni tal-ħġieġ (Tg) ta' madwar 150 grad u punt ta 'tidwib ta' madwar 370 grad, li jtejjeb b'mod sinifikanti r-reżistenza għat-temperatura għolja tal-komposti tal-fibra tal-karbonju. Barra minn hekk, iżomm aħjar il-proprjetajiet inerenti tal-fibra tal-karbonju, u jiżgura saħħa tajba, toughness, reżistenza kimika u reżistenza għas-solvent. PEEK jippossjedi wkoll stabbiltà termali eċċellenti, ritardanza tal-fjammi, u kostanti dielettrika baxxa, li jagħmilha waħda mill-materjali mfittxija ħafna għal applikazzjonijiet aerospazjali futuri.
Tqabbil tal-Prestazzjoni tal-Fibra tal-Karbonju Termoplastiku u Termosetting għal Applikazzjonijiet Aerospazjali
Timijiet ta 'riċerka wettqu studji fil-fond dwar komposti tal-fibra tal-karbonju termosetting u termoplastiku għal applikazzjonijiet aerospazjali, u qabblu komposti tal-poliether ketone (PEK) rinfurzat bil-fibra tal-karbonju ma' komposti tar-reżina epossidika rinfurzata bil-fibra tal-karbonju.
1.Karbonju Fibra Rinfurzat Polyether Ketone Pjanċa: Dan il-kompost jikkonsisti minn laminat magħmul minn 60% fibra tal-karbonju u 40% polyether ketone (PEK). Hija karatteristiċi għaxar saffi ta 'fibra tal-karbonju bidirezzjonali mqiegħda bejn ħdax-il saff ta' PEK, b'film PEK kemm fuq kif ukoll fuq isfel. Is-CF/PEK f'munzelli jiġi ppressat f'410 grad taħt pressjoni ta '10 Bar għal 30 minuta.
2.Karbonju Fibra Epossi Reżina Pjanċa: Dan il-kompost juża reżina epossidika LY556 bħala l-materjal tal-matriċi, imsaħħaħ b'drapp tal-karbonju bidirezzjonali. F'temperatura tal-kamra, l-aġent tat-tqaddid HY951 huwa miżjud mar-reżina epoxy, imħallat fi proporzjon ta '100:12. It-tisħiħ tal-fibra tal-karbonju jinżamm f'60% wt, li jirriżulta f'laminat tar-reżina epoxy tal-fibra tal-karbonju ħoxna ta 'madwar 3 mm bl-użu ta' għaxar saffi ta 'drapp.
3.Metodoloġija tal-Ittestjar: Twettqu testijiet ta 'prestazzjoni mekkanika fuq iż-żewġ tipi ta' pjanċi tal-fibra tal-karbonju msemmija hawn fuq, inklużi l-ittestjar tat-tensjoni, l-ittestjar tal-ebusija, u l-ittestjar tal-ebusija tal-ksur. Barra minn hekk, twettqu testijiet tal-prestazzjoni termali fuq iż-żewġ pjanċi tal-fibra tal-karbonju, inklużi l-kalorimetrija tal-iskannjar differenzjali (DSC) u t-testijiet tal-indiċi tal-ossiġnu li jillimitaw (LOI).
4.Riżultati tal-Ittestjar tal-Prestazzjoni Uri:
A. Qawwa tat-tensjoni u Modulus: Is-saħħa tensili medja u l-modulu tal-komposti tal-poliether ketone (PEK) rinfurzat bil-fibra tal-karbonju huma 425 MPa u 7.8 GPa, rispettivament, filwaqt li s-saħħa tensili medja u l-modulu tal-komposti tar-reżina epoxy rinfurzata bil-fibra tal-karbonju huma 311 MPa u 5.2 GPa, rispettivament. It-titwil fil-waqfa għall-komposti tal-PEK rinfurzati bil-fibra tal-karbonju huwa 9.43%, filwaqt li dak għall-komposti tar-reżina epoxy rinfurzati bil-fibra tal-karbonju huwa 11.32%.
B. Ebusija: Meta l-fibra tal-karbonju tiżdied mal-matriċi, l-ebusija ġenerali tal-kompost tiżdied, u tindika li l-mili jsaħħaħ ir-reżistenza għad-deformazzjoni tal-plastik. Il-valuri tal-ebusija għall-PEK u r-reżina epoxy huma 87 u 85, rispettivament, b'valuri ta 'ebusija komposti korrispondenti ta' 94 u 89, li ma juru l-ebda differenza sinifikanti.
C. Toughness tal-ksur: Minħabba l-fraġilità tar-reżina epoxy, l-ebusija tal-ksur tal-komposti tar-reżina epoxy rinfurzata bil-fibra tal-karbonju tonqos hekk kif tonqos it-toughness tal-matriċi. B'kuntrast, il-matriċi PEK turi toughness aħjar, li twassal għal toughness mtejba f'komposti PEK rinfurzati bil-fibra tal-karbonju. It-tagħbija massima kkunsidrata meta tiġi kkalkulata l-ebusija tal-ksur hija t-tagħbija massima li l-materjal jista 'jiflaħ qabel il-ksur fit-test SENB; fattur ta 'intensità ta' stress ogħla (Kic) jikkorrispondi għal toughness ogħla. Ir-riżultati juru li l-Kic tal-komposti tal-PEK rinfurzati bil-fibra tal-karbonju huwa 13.71 MPa·√m, filwaqt li għall-komposti tar-reżina epossidika rinfurzati bil-fibra tal-karbonju huwa 11.53 MPa·√m, li jindika prestazzjoni aħjar għall-ewwel.
D. Imġieba Termali Waqt it-Tisħin u t-Tkessiħ: It-termotransizzjonijiet tal-komposti tal-polimeru waqt it-tisħin u t-tkessiħ ġew studjati bl-użu ta 'DSC. It-temperatura tat-tidwib u t-temperatura tal-kristallizzazzjoni tal-matriċi tqabblu, u żvelaw it-temperatura tat-tidwib (Tm), it-temperatura tal-kristallizzazzjoni (Tc), u t-temperatura tat-transizzjoni tal-ħġieġ (Tg) tal-materjali tal-kampjun.
E. Limitazzjoni tal-Indiċi tal-Ossiġenu: L-ittestjar tal-indiċi tal-ossiġnu li jillimita (LOI) juri li l-inkorporazzjoni tal-fibra tal-karbonju fiż-żewġ materjali tal-matriċi ttejjeb b'mod sinifikanti l-LOI. Id-dejta tindika li l-LOI għar-reżina epossidika u l-PEK huma 25 u 35, rispettivament, filwaqt li l-LOI korrispondenti għall-komposti tal-fibra tal-karbonju huma 32 u 47, b'komposti tal-PEK rinfurzati bil-fibra tal-karbonju li juru titjib notevoli.
Permezz ta 'ttestjar, ir-riċerkaturi sabu li l-komposti tal-fibra tal-karbonju termoplastiku b'PEK bħala l-matriċi jaqbżu l-komposti tal-fibra tal-karbonju termosetting b'reżina epossidika f'diversi metriċi ta' prestazzjoni. Id-differenzi sostanzjali fid-dejta jenfasizzaw id-disparitajiet fundamentali tal-prestazzjoni bejn il-komposti tal-fibra tal-karbonju termosetting u termoplastiku, li jissuġġerixxu potenzjal vast ta 'applikazzjoni għal komposti tal-fibra tal-karbonju termoplastiku, speċjalment f'oqsma avvanzati bħall-ajruspazju.
Madankollu, għaliex l-adozzjoni ta 'komposti tal-fibra tal-karbonju termoplastiku hija ferm inqas mifruxa minn dik ta' komposti termosetting? Dan huwa relatat mill-qrib mat-tekniki tal-ipproċessar rispettivi tagħhom. Il-komposti tal-fibra tal-karbonju termoplastiku jeħtieġu temperaturi għoljin ta 'pproċessar, u r-reżina termoplastika mdewba ħafna drabi tissielet biex timla bis-sħiħ il-qatet tal-fibra tal-karbonju. Jekk dan il-pass ma jiġix esegwit perfettament, il-prestazzjoni mekkanika tal-komposti tal-fibra tal-karbonju termoplastiku li jirriżultaw jistgħu saħansitra jaqgħu taħt il-komposti tal-fibra tal-karbonju termosetting kurrenti mainstream.
