Σύνθετο από ανθρακονήματα
Το σύνθετο υλικό μήτρας ρητίνης ενισχυμένο με ίνες άνθρακα είναι ένας νέος τύπος υλικού, το οποίο είναι κατασκευασμένο από οργανικό πολυμερές υλικό ως μήτρα και ανθρακονήματα ως ενίσχυση μέσω της σύνθετης διαδικασίας και έχει σημαντικά καλύτερη απόδοση από το αρχικό συστατικό. Έχει γίνει ένα από τα πιο σημαντικά δομικά υλικά της αεροπορίας λόγω της υψηλής ειδικής αντοχής, του υψηλού ειδικού συντελεστή, της αντοχής στην κόπωση, της αντοχής στη διάβρωση, της ισχυρής ακεραιότητας του σχεδιασμού, της ευκολίας για ενσωματωμένη χύτευση μεγάλης περιοχής και των ειδικών ηλεκτρομαγνητικών ιδιοτήτων.
Οι ρητίνες μήτρας που χρησιμοποιούνται σε σύνθετα υλικά μήτρας ρητίνης ενισχυμένες με ανθρακονήματα χωρίζονται κυρίως σε δύο κατηγορίες: θερμοσκληρυνόμενη ρητίνη και θερμοπλαστική ρητίνη. Η θερμοσκληρυνόμενη ρητίνη αποτελείται από αντιδραστικό προπολυμερές χαμηλού μοριακού βάρους ή πολυμερές υψηλού μοριακού βάρους με ενεργή ομάδα. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας χύτευσης, διασυνδέεται και συμπυκνώνεται υπό τη δράση του παράγοντα σκλήρυνσης ή της θερμότητας για να σχηματίσει μια αδιάλυτη διασυνδεδεμένη δομή. Συνήθως χρησιμοποιούνται η εποξική ρητίνη, η φαινολική ρητίνη, η ρητίνη βισμαλεϊκής φθαλεΐνης, κ.λπ. Η θερμοπλαστική ρητίνη αποτελείται από γραμμικό πολυμερές υψηλού μοριακού βάρους, το οποίο διαλύεται και τήκεται υπό ορισμένες συνθήκες, και συμβαίνουν μόνο φυσικές αλλαγές. Συνήθως χρησιμοποιούνται πολυαιθυλένιο, νάιλον, PEEK κ.λπ.
Συνηθισμένα υλικά από ανθρακονήματα:
1. Σύνθετα σύνθετα κεραμικής μήτρας ενισχυμένα με ανθρακονήματα
Τα κεραμικά έχουν εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση, αντοχή στη φθορά, αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία και χημική σταθερότητα και χρησιμοποιούνται ευρέως σε βιομηχανικά και αστικά προϊόντα. Ωστόσο, η μοιραία αδυναμία του είναι η ευθραυστότητα του και είναι πολύ ευαίσθητο σε λεπτές ατέλειες όπως ρωγμές, πόρους και εγκλείσματα. Τα κεραμικά ενισχυμένα με ανθρακονήματα μπορούν να βελτιώσουν αποτελεσματικά την σκληρότητα, να αλλάξουν την εύθραυστη μορφολογία θραύσης των κεραμικών και να αποτρέψουν την ταχεία διάδοση και διάδοση ρωγμών στην κεραμική μήτρα. Επί του παρόντος, το σχετικά ώριμο κεραμικό υλικό ενισχυμένο με ίνες άνθρακα στο εσωτερικό και στο εξωτερικό είναι υλικό καρβιδίου του πυριτίου ενισχυμένο με ίνες άνθρακα. Λόγω των εξαιρετικών μηχανικών ιδιοτήτων του σε υψηλή θερμοκρασία, δεν χρειάζεται πρόσθετα μέτρα θερμομόνωσης για να εξυπηρετήσει σε υψηλές θερμοκρασίες, επομένως χρησιμοποιείται ευρέως σε αεροκινητήρες, επαναχρησιμοποιήσιμα αεροδιαστημικά οχήματα και άλλους τομείς.
2. Σύνθετα υλικά άνθρακα/άνθρακα
Το σύνθετο άνθρακα/άνθρακα είναι η συντομογραφία του σύνθετου μήτρας άνθρακα ενισχυμένο με ίνες άνθρακα και είναι επίσης ένα είδος προηγμένου σύνθετου υλικού. Αποτελείται από ανθρακονήματα, ύφασμα, υφαντό ύφασμα και άλλα σύνθετα μήτρας από ενισχυμένο άνθρακα. Τα σύνθετα υλικά άνθρακα/άνθρακα αποτελούνται κυρίως από διάφορους τύπους άνθρακα, δηλαδή άνθρακα ινών, άνθρακα ρητίνης και εναποτιθέμενο άνθρακα. Αυτό το είδος σύνθετου υλικού, το οποίο αποτελείται από στοιχεία καθαρού άνθρακα πλήρως σχεδιασμένα και κατασκευασμένα τεχνητά, έχει πολλές εξαιρετικές ιδιότητες. Εκτός από την υψηλή αντοχή, την υψηλή ακαμψία, τη σταθερότητα των διαστάσεων, την αντοχή στην οξείδωση και την αντοχή στη φθορά, έχει επίσης υψηλή αντοχή στη θραύση και ψευδοπλαστικότητα. Ειδικά σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας, έχει υψηλή αντοχή, δεν τήκεται, δεν καίγεται και μόνο ομοιόμορφη αφαίρεση, η οποία είναι ασύγκριτη με οποιοδήποτε μεταλλικό υλικό. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται ευρέως σε τομείς υψηλής τεχνολογίας, όπως οι κεφαλές πυραύλων, τα ακροφύσια συμπαγούς κινητήρα πυραύλων και οι δίσκοι φρένων αεροσκαφών.
3. Σύνθετα μεταλλικής μήτρας ενισχυμένα με ανθρακονήματα
Το σύνθετο μεταλλικό πλέγμα ενισχυμένο με ανθρακονήματα είναι ένα σύνθετο υλικό με ίνα άνθρακα ως ίνα ενίσχυσης και μέταλλο ως μήτρα. Σε σύγκριση με τα μεταλλικά υλικά, τα σύνθετα μεταλλικής μήτρας ενισχυμένα με ίνες άνθρακα έχουν υψηλότερη ειδική αντοχή και ειδικό μέτρο. Σε σύγκριση με τα κεραμικά, έχει υψηλή σκληρότητα και αντοχή στην κρούση. Το αλουμίνιο, το μαγνήσιο, το νικέλιο, το τιτάνιο και τα κράματά τους χρησιμοποιούνται κυρίως ως μεταλλική μήτρα. Μεταξύ αυτών, η τεχνολογία παρασκευής σύνθετων υλικών αλουμινίου και μαγνησίου ενισχυμένων με ανθρακονήματα είναι σχετικά ώριμη. Η κύρια τεχνική δυσκολία στην κατασκευή σύνθετων υλικών μεταλλικής μήτρας ενισχυμένων με ανθρακονήματα είναι η επιφανειακή επίστρωση ινών άνθρακα, έτσι ώστε να αποφευχθεί η ζημιά στις ίνες άνθρακα κατά τη διαδικασία της σύνθεσης, μειώνοντας έτσι τη συνολική απόδοση των σύνθετων υλικών. Προς το παρόν, η τροποποίηση της επιφάνειας των ινών άνθρακα υιοθετεί κυρίως την εναπόθεση ατμών, τη μέθοδο υγρού νατρίου κ.λπ. κατά την παρασκευή σύνθετων μεταλλικών μήτρας ενισχυμένων με ίνες άνθρακα, αλλά η πολύπλοκη διαδικασία και το υψηλό κόστος περιορίζουν την προώθηση και εφαρμογή σύνθετων μεταλλικών μήτρας ενισχυμένων με ίνες άνθρακα.
4. Σύνθετο τσιμέντο ενισχυμένο με ίνες άνθρακα
Τα σύνθετα τσιμέντου ενισχυμένα με ίνες άνθρακα (CFRC) κατασκευάζονται με την προσθήκη ινών άνθρακα στη μήτρα τσιμέντου, η οποία ονομάζεται σκυρόδεμα οπλισμένο με ίνες. Η προσθήκη ανθρακονημάτων υψηλής αντοχής σε υλικά με βάση το τσιμέντο είναι ένα σημαντικό μέτρο για τη βελτίωση της αντοχής σε ρωγμές, της στεγανότητας, της αντοχής στη διάτμηση και του συντελεστή ελαστικότητας των σύνθετων υλικών τσιμέντου, του ελέγχου της διάδοσης των ρωγμών, της βελτίωσης της ισχυρής αντίστασης στα αλκάλια και της ενίσχυσης της ικανότητας παραμόρφωσης.
Επιπλέον, οι ίνες άνθρακα έχουν επίσης την ιδιότητα απόσβεσης κραδασμών, η οποία μπορεί να απορροφήσει το κύμα κραδασμών και να βελτιώσει τη σεισμική αντίσταση και την αντοχή σε κάμψη πάνω από δέκα φορές. Αυτό που έχει μεγαλύτερη αξία είναι ότι οι ίνες άνθρακα έχουν αγωγιμότητα. Η προσθήκη του στη μήτρα τσιμέντου προσδίδει στη μήτρα τσιμέντου με ευφυΐα, η οποία διευρύνει σημαντικά το πεδίο εφαρμογής του σκυροδέματος.
Η επιφάνεια του σύνθετου υλικού CFRC δεν θα ραγίσει υπό φορτίο. Η αντοχή του σε εφελκυσμό, η αντοχή σε κάμψη και η αντοχή σε θραύση είναι αρκετές έως δέκα φορές υψηλότερες από εκείνες χωρίς οπλισμό και η αντοχή του σε κρούση είναι επίσης σημαντική. Το μήκος των ινών άνθρακα που χρησιμοποιείται για το τεμαχισμένο τσιμέντο ενισχυμένο με ανθρακονήματα είναι γενικά {{0}} nm και η διάμετρος είναι 7-20 μ m. Η αντοχή σε εφελκυσμό κυμαίνεται από 0,5 έως 0,8 GPa. Η αντοχή του συνηθισμένου τσιμέντου είναι γενικά 11,76 MPa. Εάν προστεθεί κατά βάρος 15 τοις εκατό ίνα άνθρακα, η αντοχή μπορεί να φτάσει τα 245 MPa. Εάν η ποσότητα του μίγματος είναι 20 τοις εκατό, η αντοχή μπορεί να φτάσει τα 548,8 MPa.
Επιπλέον, σε σύγκριση με το συνηθισμένο σκυρόδεμα, το CFRC έχει τα πλεονεκτήματα του μικρού βάρους, της υψηλής αντοχής, της καλής ρευστότητας, της ισχυρής διάχυσης και της υψηλής ποιότητας επιφάνειας μετά τη διαμόρφωση. Όταν χρησιμοποιείται ως διαχωριστικό, είναι 1/2~1/3 πιο λεπτό από το χώρισμα από συνηθισμένο σκυρόδεμα και το βάρος του είναι 1/2~1/3 ελαφρύτερο. Το CFRC έχει μια ποικιλία προδιαγραφών, μεταξύ των οποίων το οπλισμένο σκυρόδεμα με ανθρακονήματα βραχείας κοπής χρησιμοποιείται κυρίως σε στέγη, εξωτερικό τοίχο, εσωτερικό τοίχο, έδαφος, οροφή κ.λπ. Το σκυρόδεμα μακριών ινών χρησιμοποιείται σε φέροντα εξαρτήματα. Τα εξαρτήματα που κατασκευάζονται από αυτό έχουν σταθερές διαστάσεις και έχουν επίσης αντιστατικές ιδιότητες, αντοχή στη φθορά, αντοχή στη διάβρωση και άλλες ιδιότητες. Ως εκ τούτου, η έρευνα για την απόδοση του CFRC έχει αναπτυχθεί ραγδαία τα τελευταία χρόνια.
πηγή:https://mp.weixin.qq.com/s/Y5MDhISUCvmcr5guRRpJSg