חומרי חיזוק במרוכבים תרמופלסטיים

מהו חומר מורכב תרמופלסטי?

בשנים האחרונות, פיתוח מרוכבים תרמופלסטיים מחוזקים סיבים המבוססים על שרף תרמופלסטי הוא מהיר, והמחקר והפיתוח של סוג זה של מרוכבים בעלי ביצועים גבוהים מתחיל בעולם. מרוכבים תרמופלסטיים מתייחסים לפולימרים תרמופלסטיים (כמו פוליאתילן (PE), פוליאמיד (PA), פוליפנילן סולפיד (PPS), פוליאת'ר אימיד (PEI), פוליאת'ר קטון (PEKK) ופיטון פוליטר, כגבינה, כעלי סיבים, כגמורי סיבים, כגמלאים, כגמורים, כדאגה, כדאגה, כמוזכיות וכו ') של סיבים וכו'). כחומרי חיזוק.

מרוכבים מבוססי שומנים תרמופלסטיים כוללים בעיקר גרגירים מחוזקים סיבים ארוכים (LFT) סיבים רציפים מחוזקים מראש MT וסיבי זכוכית מרוכבים תרמופלסטיים מחוזקים מזכוכית (CMT). על פי דרישות השימוש השונות, מטריצת השרף כוללת PPE-PAPRT, PELPCPES, PEEKPI, PA ופלסטיקה הנדסית תרמופלסטית אחרת, והמימד כולל את כל זני הסיבים האפשריים כמו סיבי אריל ויסקוז ויבש זכוכית וסיבי בורון. עם פיתוח הטכנולוגיה של Composite מטריקס שרף תרמופלסטי ומיחזורו, פיתוח סוג זה של חומר מורכב הוא מהיר יותר. הקומפילציה העל התרמית היווה יותר מ -30% מהכמות הכוללת של חומר מורכב מטריקס עצים במדינות מפותחות באירופה ובאמריקה.

מטריצה ​​תרמופלסטית

מטריצה ​​תרמופלסטית היא סוג של חומר תרמופלסטי, יש לה תכונות מכניות טובות ועמידות בחום, ניתן להשתמש בייצור אספקה ​​תעשייתית שונה. מטריצה ​​תרמופלסטית מאופיינת בעוצמה גבוהה, עמידות בחום גבוהה ועמידות בפני קורוזיה טובה.

נכון לעכשיו, שרפים תרמופלסטיים המיושמים על שדה התעופה הם בעיקר עמידים לטמפרטורה גבוהה ומטריצת שרף בעלת ביצועים גבוהים, כולל PEEK, PPS ו- PEI. ביניהם, PEI אמורפי נמצא בשימוש נרחב יותר במבנה המטוסים מאשר PPS חצי-גבישי ומציץ עם טמפרטורת דפוס גבוהה בגלל טמפרטורת העיבוד הנמוכה ועלות העיבוד.

לשרף התרמופלסטי יש תכונות מכניות טובות יותר ועמידות בפני קורוזיה כימית, טמפרטורת שירות גבוהה יותר, חוזק וקשיות ספציפית גבוהה, קשיחות שבר מעולה וסובלנות נזקים, עמידות מעולה לעייפות, ניתן לעצב לצורה גיאומטרית מורכבת ומבנה, מוליכות תרמית מתכווננת, מחזור מיזוג, יציבות טובה בסביבה קשה, לריכוזי רך ומאפייני תיקון.

החומר המורכב המורכב משרף תרמופלסטי וחומר חיזוק הוא בעל עמידות, קשיחות גבוהה, עמידות בפני השפעה גבוהה וסובלנות נזק. PrepReg של סיבים כבר לא צריך להיות מאוחסן בטמפרטורה נמוכה, תקופת אחסון ללא הגבלה של PrepReg; מחזור גיבוש קצר, ריתוך, יעילות ייצור גבוהה, קל לתיקון; ניתן למחזר את הפסולת; חופש עיצוב המוצר גדול, ניתן להפוך אותו לצורה מורכבת, ויוצר יכולת הסתגלות ויתרונות רבים אחרים.

חיזוק חומר

המאפיינים של מרוכבים תרמופלסטיים לא רק תלויים בתכונות של שרף וסיבים מחוזקים, אלא גם קשורים קשר הדוק למצב חיזוק הסיבים. מצב חיזוק הסיבים של מרוכבים תרמופלסטיים כולל שלוש צורות בסיסיות: חיזוק סיבים קצר, חיזוק סיבים ארוכים וחיזוק סיבים רציף.

באופן כללי, סיבי חיזוק מצרכים הם באורך של 0.2 עד 0.6 מ"מ, ומכיוון שרוב הסיבים בקוטר פחות מ- 70 מיקרומטר, סיבי הידוק נראים יותר כמו אבקה. תרמופלסטים מחוזקים בסיבים קצרים מיוצרים בדרך כלל על ידי ערבוב סיבים לתרמופלסטים מותכים. אורך הסיבים והאוריינטציה האקראית במטריקס מקלים יחסית להשגת הרטבה טובה. בהשוואה לסיבים ארוכים וחומרים מחוזקים בסיבים רציפים, מרוכבים סיבים קצרים הם הקלים ביותר לייצור עם שיפור מינימלי בתכונות המכניות. מרוכבים של סיבי הידוק נוטים להיות מעוצבים או מחליצים ליצירת רכיבים סופיים מכיוון שלסיבי הידוק יש פחות השפעה על נזילות.

אורך הסיבים של מרוכבים מחוזקים סיבים ארוכים הוא בדרך כלל בערך 20 מ"מ, אשר בדרך כלל נערך על ידי סיבים רציפים הרטבים לשרף ונחתך באורך מסוים. התהליך הנפוץ המשמש הוא תהליך ה- Pultrusion, המיוצר על ידי ציור תערובת נודדת רציפה של סיבים ושרף תרמופלסטי דרך מת דפוס מיוחד. נכון לעכשיו, המאפיינים המבניים של מרכיב תרמופלסטי מזוין סיבים ארוכים יכולים להגיע ליותר מ- 200MPA והמודולוס יכול להגיע ליותר מ- 20GPA על ידי הדפסת FDM, והתכונות יהיו טובות יותר על ידי דפוס הזרקה.

הסיבים במרכיבים מחוזקים בסיבים רציפים הם "רציפים" ומשתנים באורך מכמה מטרים לכמה אלפי מטרים. מרוכבים סיבים רציפים מספקים בדרך כלל למינציות, פרגיות מראש או בדים קלועים וכו ', שנוצרו על ידי הספגת הסיבים הרציפים עם המטריצה ​​התרמופלסטית הרצויה.

מהם המאפיינים של מרוכבים מחוזקים סיבים

סיבים מחוזקים סיבים מורכבים מחומרי סיבים מזוינים, כמו סיבי זכוכית, סיבי פחמן, סיבי ארמיד וחומרי מטריצה ​​באמצעות תהליך פיתול, דפוס או דפוס דפוס. על פי חומרי החיזוק השונים, ניתן לחלק מרוכבים מחוזקים סיבים נפוצים למורכב מזוין של סיבי זכוכית (GFRP), מרוכבים מחוזקים של סיבי פחמן (CFRP) ומורכב מחוזק סיבי ארמיד (AFRP).

מרוכבים מחוזקים בסיבים יש את המאפיינים הבאים:

(1) חוזק ספציפי גבוה ומודולוס ספציפי גדול;

(2) ניתן לתכנן את מאפייני החומר;

(3) עמידות בפני קורוזיה טובה ועמידות;

(4) מקדם ההתרחבות התרמית דומה לזה של בטון.

מאפיינים אלה גורמים לחומרי FRP יכולים לענות על צרכי פיתוח המבנים המודרניים לטווח גדול, מתנשאים, עומס כבד, אור וחוזק גבוה ועובדים בתנאים קשים, אך גם כדי לעמוד בדרישות פיתוח התיעוש המודרני לבנייה, כך שהוא נמצא בשימוש נרחב יותר ויותר במגוון מבנים אזרחיים, גשרים, כבישים מהירים, אוקיינוסים, מבנים הידראוליים ומבנים תת -משניים ושדות אחרים.

לרוכבים תרמופלסטיים יש סיכויי פיתוח גדולים

על פי הדו"ח, שוק המרכיבים התרמופלסטי העולמי צפוי להגיע ל -66.2 מיליארד דולר עד שנת 2030, עם קצב צמיחה שנתי מורכב של 7.8% בתקופת התחזית. ניתן לייחס עלייה זו לגידול בביקוש המוצר במגזרי התעופה והחלל והגידול האקספוננציאלי בענף הבנייה. מרוכבים תרמופלסטיים משמשים לבניית מבני מגורים, מתקני תשתיות ואספקת מים. מאפיינים כמו חוזק מצוין, קשיחות ויכולת למחזור ולהיטל מחדש הופכים מחדש מרוכבים תרמופלסטיים לאידיאליים לבניית יישומים.

מרוכבים תרמופלסטיים ישמשו גם לייצור מיכלי אחסון, מבנים קלים, מסגרות חלונות, עמודי טלפון, מעקות, צינורות, לוחות ודלתות. ענף הרכב הוא אחד מתחומי היישום העיקריים. היצרנים מתמקדים בשיפור יעילות הדלק על ידי החלפת מתכות ופלדה באמצעות מרוכבים תרמופלסטיים קלים. סיבי פחמן, למשל, שוקלים חמישית כמו פלדה, כך שהוא מסייע בהפחתת המשקל הכללי של הרכב. על פי הנציבות האירופית, יעד כובע פליטת הפחמן למכוניות יועלה מ -130 גרם לקילומטר ל 95 גרם לקילומטר עד שנת 2024, אשר צפוי להגדיל את הביקוש לחומרים מרוכבים תרמופלסטיים בענף ייצור הרכב.

הסיכוי של מרוכבים תרמופלסטיים הוא עצום, ויצרנים מקומיים משקיעים רבות במחקר ופיתוח. אנו מקווים כי עם המאמצים המשותפים של כל מי שבעתיד, הטכנולוגיה המורכבת המקומית יכולה להיות בעמדה המובילה הבינלאומית.