مقدمه ای بر کامپوزیت های تقویت شده با الیاف بلند

کامپوزیت گرمانرم تقویت شده با الیاف بلند به طول الیاف بیشتر از 10 میلی متر ترموپلاستیک تقویت شده، الیاف تقویت شده با الیاف شیشه، فیبر کربن و سایر الیاف عمدتاً اشاره دارد، بستر رزینی که بیشترین استفاده را دارد PP (پلی پروپیلن) و به دنبال آن PA (پلی آمید) و سایر موارد دیگر است. به عنوان PPS (پلی فنیلن سولفید)، TPU (پلی اورتان) و سایر رزین ها، با توجه به نوع رزین با درمان سطح الیاف مناسب، می توان به نتایج بهتری دست یافت.

افزودن مواد فیبر به رزین می تواند خواص کلی مواد را تا حد زیادی بهبود بخشد. مواد کامپوزیتی فیبر نیروهای خارجی را به سه طریق جذب می کنند: بیرون کشیدن الیاف، شکستن الیاف و شکستن رزین. با افزایش طول الیاف، بیرون کشیدن الیاف به انرژی بیشتری نیاز دارد که منجر به بهبود قدرت ضربه می شود. در مواد کامپوزیتی، انتهای الیاف اغلب نقطه شروع رشد ترک است و تعداد انتهای الیاف بلند کم است که باعث بهبود استحکام ضربه نیز می شود. مخلوط‌های الیاف بلند در هنگام پر کردن قالب به‌جای اینکه مانند مخلوط‌های الیاف کوتاه در امتداد جهت جریان قرار گیرند، یکدیگر را می‌چرخانند و خم می‌کنند. بنابراین، در مقایسه با قطعات قالب‌گیری مشابه مخلوط‌های الیاف کوتاه، محصولات قالب‌گیری شده با الیاف بلند دارای همسانگردی بالاتر، صافی بهتر و تاب خوردگی کوچک‌تر هستند، بنابراین اندازه پایدارتر است. دمای تغییر شکل حرارتی ترموپلاستیک های تقویت شده با الیاف بلند نیز بیشتر از گرمانرم های تقویت شده با الیاف کوتاه است. بنابراین، کامپوزیت های فیبر بلند عملکرد بهتری نسبت به کامپوزیت های الیاف کوتاه نشان می دهند و می توانند استحکام، مقاومت فشاری، مقاومت خمشی و مقاومت در برابر خزش را بهبود بخشند. کامپوزیت های ترموپلاستیک به دو دسته تقویت شده با الیاف بلند و تقویت شده با الیاف کوتاه تقسیم می شوند.

روش برش مواد پیش آغشته به دست آمده از ذوب اشباع برای به دست آوردن ذرات 6-10 میلی متر است. طول ذره با طول فیبر مطابقت دارد و فیبر به طور مساوی در رزین توزیع می شود به طوری که ماده دارای استحکام ضربه و مدول بالایی است، تاب خوردگی کاهش می یابد، نرخ انقباض کاهش می یابد، ثبات ابعادی افزایش می یابد. ، و مقاومت در برابر خستگی محصول بهبود یافته است.

ذرات را می توان توسط دستگاه قالب گیری تزریقی گرم کرد و به داخل قالب تزریق کرد و سپس حرارت داده و در قالب تحت فشار قرار داد. با توجه به نوع رزین ترموپلاستیک و شکل محصول کامپوزیت، دما، فشار و زمان پارامترهای فرآیند تنظیم می شود. روش قالب گیری تزریقی می تواند محصولاتی با اشکال پیچیده تهیه کند که زمینه کاربرد را بسیار گسترش می دهد.

ساده‌ترین روش قالب‌گیری این است که پیش‌آغشته گرمانرم تقویت‌شده با الیاف، برهم‌نهی چند لایه، روش برهم‌نهی دو لایه مجاور 0/90 درجه، و سپس در صفحه پرس برای پرس گرم، برای به دست آوردن ورق یا شکل ساده دیگر است. . این روش متداول ترین روش برای تهیه ورق و ورق است. به منظور بهبود راندمان کار، می توان از کلندری دو رول و سه رول نیز برای قالب گیری استفاده کرد.

علاوه بر این، ورق پیش آغشته با توجه به اندازه قالب بریده می شود و در کوره حرارتی تا دمایی بالاتر از ذوب رزین گرم می شود. سپس برای پرس و سرد شدن سریع به داخل قالب پرس فرستاده می شود تا محصول به دست آید. چرخه شکل گیری این روش کوتاه است. برای محصولاتی با تغییرات ضخامت و چگالی زیاد، اشکال پیچیده مانند محدب، مقعر یا رادیانی و همچنین برای محصولات با قطعات فلزی تعبیه شده مناسب است. این روش مصرف انرژی و هزینه تولید پایین، اما بازده تولید بالا دارد.

این روش یک فرآیند تولید معمولی است که می تواند مواد کامپوزیتی را به طور مداوم و اقتصادی تولید کند. فناوری قالب گیری پالتروژن یک فرآیند تولید مداوم و خودکار برای محتوای فیبر بالا، عملکرد بالا و مواد کامپوزیتی کم هزینه است. در این روش الیاف بلند به رزین آغشته می‌شود، سپس با مقطع خاصی از قالب عبور می‌کند و آن را در قالب جامد می‌کند و سپس محصول از فرآیند قالب‌گیری خارج می‌شود. فرآیند قالب گیری اکستروژن دارای مزایای زیر است: مانند ویسکوزیته رزین می تواند در هر زمان تنظیم شود، محتوای فیبر می تواند تا 80 درصد باشد. کنترل خودکار فرآیند تولید، راندمان تولید بالا؛ استحکام طولی و عرضی محصول را می توان به طور دلخواه تنظیم کرد تا نیازهای خواص مکانیکی مختلف محصول را برآورده کند. کیفیت محصول پایدار است، تکرارپذیری خوب است، طول را می توان خودسرانه قطع کرد. ضایعات گوشه ای در تولید وجود ندارد و محصول نیازی به پس پردازش ندارد، بنابراین در مقایسه با سایر فرآیندها در مصرف نیروی کار، مواد و انرژی صرفه جویی می کند.

کامپوزیت های گرمانرم تقویت شده با الیاف بلند به عنوان مواد ساختاری می توانند در زمینه های صنعتی، غیرنظامی، نظامی و سایر زمینه ها مورد استفاده قرار گیرند، در هوافضا، خودروسازی، تجهیزات الکتریکی، ارتباطات، تجهیزات ورزشی و سایر زمینه ها استفاده شده است.

"حفاظت از محیط زیست، صرفه جویی در انرژی، و سبک وزن خودرو" توسعه سریع کامپوزیت ترموپلاستیک تقویت شده با الیاف بلند، طراحی اجزا و کاربرد را ترویج می کند. کامپوزیت های ترموپلاستیک تقویت شده با الیاف شیشه بلند مبتنی بر پلی پروپیلن (PP) به طور گسترده در قطعات پایانه خودرو استفاده می شود. داده ها نشان می دهد که 80 درصد تقاضا برای کامپوزیت های ترموپلاستیک تقویت شده با الیاف شیشه بلند از صنعت خودرو (قطعات یدکی) است که به طور گسترده در خودروهای برند اروپایی استفاده شده است. الزامات ویژه عملکرد بالا و تنوع قطعات خودرو همچنین باعث می شود کامپوزیت های گرمانرم تقویت شده با الیاف بلند انتخاب های بیشتری برای فیبر و رزین داشته باشند. کامپوزیت های ترموپلاستیک تقویت شده با الیاف بلند در بخش های زیر استفاده می شود: ماژول جلویی، پانل ابزار، ماژول در، بدنه، صفحه پایین و سایر قطعات پیچیده شکل، از جمله قطعات پیچیده به دست آمده از فرآیند قالب گیری تزریقی، درها و پنجره ها، بدنه. صفحه پایین، ابزار و غیره، و یا به عنوان مواد لمینت مانند صفحه محافظ کالسکه و سقف کامیون های جعبه. و استفاده از مواد کامپوزیت فیبر کربن در اتومبیل های رده بالا یا اتومبیل های اسپورت و اتومبیل های مسابقه ای نیز رو به افزایش است و حتی ظاهر کل وسیله نقلیه کامپوزیت فیبر کربنی را نیز افزایش می دهد.

توسعه راه‌آهن پرسرعت در چین تقاضاهای بیشتری برای کامپوزیت‌های گرمانرم تقویت‌شده با الیاف بلند دارد و عملکرد قطعات مختلف متفاوت است، که همچنین باعث می‌شود کامپوزیت‌های گرمانرم تقویت‌شده با الیاف بلند ریل پرسرعت توسعه غنی و رنگارنگی را نشان دهند.

الیاف با کارایی بالا مانند آرامید، وزن مولکولی فوق العاده بالا، استحکام بالا و فیبر پلی اتیلن با مدول بالا و فیبر کربن در مواد کامپوزیت گرمانرم قالب گیری می شوند که می توانند برای زره ​​بدن، سپرها، کلاه ایمنی و غیره استفاده شوند. کامپوزیت های ترموپلاستیک تقویت شده با فیبر بلند و رزین با کارایی بالا همچنین می توانند در تانک ها، خودروهای زرهی و سایر زره ها استفاده شوند.

هوانوردی تقاضای ویژه ای برای مواد پیشرفته و با کارایی بالا دارد و محصولات مختلف در این زمینه نیازهای متنوعی برای کامپوزیت های گرمانرم تقویت شده با الیاف بلند دارند که در این میان کامپوزیت های فیبر کربن برجسته ترین هستند. کامپوزیت های الیافی به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد و عالی به طور گسترده در موشک ها، موشک ها و هواپیماهای پرسرعت استفاده می شود. به عنوان مثال، استفاده از فیبر کربن و مواد کامپوزیت پلاستیکی ساخته شده در هواپیما، ماهواره، موشک و سایر وسایل نقلیه فضایی، نه تنها رانش بزرگ، سر و صدای کم. و به دلیل سبک بودن، بنابراین مصرف انرژی کمتر، می تواند مقدار زیادی سوخت را ذخیره کند.

استفاده از مواد کامپوزیت گرمانرم تقویت شده با الیاف بلند در زمینه مصالح ساختمانی با عیار بالا عمدتاً مبتنی بر صفحه است، عمدتاً با PP تقویت شده با الیاف شیشه، سبک وزن، استحکام ویژه بالا، مدول خاص، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر آب خوب، آسان استفاده، کم هزینه، قابل برش بر اساس نیاز، قابل نصب با پیچ، پرچ، همچنین می تواند جوشکاری ذوب داغ و سایر مزایا باشد، می توان از آن به عنوان تخته دیوار، تخته پوشش دیوار و قالب ساختمان استفاده کرد. از کامپوزیت های گرمانرم تقویت شده با الیاف بلند پیوسته نیز می توان برای ساخت لوله های پلاستیکی با کیفیت بالا استفاده کرد.