دليل معالجة مركبات ألياف الكربون
مركبات ألياف الكربون: دليل المعالجة
تعد معالجة مركبات ألياف الكربون (CF) عملاً صعبًا ، مع الأخذ في الاعتبار أن معظم المهندسين الذين يفكرون في الإنتاج أو التصميم يأتي من خلفية تصميم الأجزاء المعدنية.أطلق عليه الألمنيوم الأسود ، وقد وصف تصميمه وتصنيعه بالفن الأسود.ما هو حقا؟
الغرض من دليل التصميم هذا هو توفير معلومات عامة ومواصفات حول المواد المركبة من ألياف الكربون وبعض الإرشادات لتصميم منتجات خفيفة الوزن وعالية الأداء مع مركبات ألياف الكربون.
لماذا ألياف الكربون
تتميز مركبات ألياف الكربون بخصائص ميكانيكية استثنائية مقارنة بالمعادن والبلاستيك المتجانسة.المادة قوية وصلبة وخفيفة الوزن.هذه المركبات هي المادة المختارة للتطبيقات حيث يكون الأداء الخفيف والأداء المتفوق أمرًا بالغ الأهمية ، مثل مكونات المركبات الفضائية والطائرات المقاتلة وسيارات السباق.
ما هي مركبات ألياف الكربون
يتم تصنيع المواد المركبة من خلال الجمع بين التعزيز (الألياف) والمصفوفة (الراتنج) ، وهذا المزيج من الألياف والمصفوفة يوفر خصائص متفوقة على أي من المواد وحدها.في المواد المركبة ، تحمل الألياف غالبية الحمل وهي المساهم الرئيسي في خصائص المواد.يساعد الراتينج على نقل الحمل بين الألياف ، ويمنع الألياف من الالتواء ، وربط المواد معًا.
كم تكلف؟
تاريخيا ، كانت مركبات ألياف الكربون باهظة الثمن ، مما جعل استخدامها يقتصر على التطبيقات الخاصة فقط.ومع ذلك ، على مدار السبعة عشر عامًا الماضية ، مع زيادة الاستهلاك وزيادة الأتمتة في عمليات التصنيع ، انخفض سعر مركبات ألياف الكربون.أدى التأثير المشترك إلى خفض التكلفة الإجمالية لمنتجات الألمنيوم المتطورة.اليوم ، تعتبر مركبات ألياف الكربون مجدية اقتصاديًا في العديد من التطبيقات مثل السلع الرياضية وقوارب الأداء ومركبات الأداء والآلات الصناعية عالية الأداء.
التطبيقات
المواد المركبة متعددة الاستخدامات للغاية.يمكن للمهندس الاختيار من بين مجموعة متنوعة من الألياف والراتنجات للحصول على خصائص المواد المطلوبة.أيضًا ، يمكن تحسين سماكة المادة واتجاهات الألياف لكل تطبيق.
مزايا مركبات ألياف الكربون هي:
1- صلابة عالية النوعية (الصلابة مقسومة على الكثافة)
2.قوة محددة عالية (القوة مقسومة على الكثافة)
3-معامل التمدد الحراري منخفض للغاية (CTE)
4-الأشعة السينية شفافة (بسبب وزنها الجزيئي المنخفض)
في أي التطبيقات يتم استخدام مركبات ألياف الكربون؟
يوفر الموقع الفريد لمركبات ألياف الكربون ذات القوة المحددة العالية والصلابة وانخفاض CTE مكانًا فريدًا في العديد من مجالات التطبيق كما هو موضح في الجدول أدناه:
تطبيقات نموذجية لمركبات ألياف الكربون
معلومات التصميم
تعتبر مركبات ألياف الكربون "مادة المصمم" لأنه يمكن تصميم الأجزاء بحيث تتمتع بالقوة و / أو الصلابة في الاتجاهات والمواقع الضرورية.يتم تحقيق ذلك من خلال وضع المواد بشكل استراتيجي وتوجيه اتجاه الألياف لتناسب المتطلبات بشكل أفضل.أيضًا ، توفر مرونة التصميم والتصنيع التي توفرها مركبات ألياف الكربون فرصًا لتحسين التصميم ، مثل دمج العديد من الميزات ودمجها في الموقع ، لزيادة تقليل السعر الإجمالي للجزء.
الأدوات
تستخدم القوالب لتحديد شكل الأجزاء المركبة.الجزء المركب سوف يلتقط جميع أشكال وخصائص القوالب ؛لذلك تتأثر جودة الجزء بشدة بجودة القالب.يمكن أن تكون القوالب من الذكور أو الإناث.القوالب الأنثوية هي الأكثر شيوعًا وستنتج جزءًا بسطح خارجي أملس بينما ينتج العفن الذكر سطحًا داخليًا أملس.مطلوب قالب مطابق (ذكر وأنثى) إذا تم دمج الجزء باستخدام مكبس.
أداة من جزأين ، تسمى عادةً "صدفة"
يمكن صنع القوالب من مواد مركبة أو إيبوكسي مملوء بالمعادن أو تشكيلها من الألومنيوم أو الفولاذ.يعتمد نوع القالب والمواد المستخدمة على نوع الجزء وكمية الإنتاج.
عملية التصنيع
عادة ما يتم إنتاج ألياف الكربون المتقدمة باستخدام ألياف الكربون المشبعة مسبقًا مع راتنجات بالحرارة.الطريقتان الرئيسيتان المستخدمتان هما:
1. رمية اليد
لا يزال وضع اليد للمواد المنسوجة المشبعة مسبقًا جزءًا كبيرًا من صناعة التصنيع المركبة ، مما يتطلب مهارات وخبرة القوى العاملة البشرية لتشكيل طبقات مسطحة في أشكال معقدة.إنها قادرة على إنتاج أجزاء عالية الأداء ومعقدة ولكن يمكن أن تكون عملية مكلفة ومتغيرة للغاية.
2. التنسيب الآلي للألياف (AFP)
الأشياء الرئيسية التي يجب مراعاتها هي عرض الألياف التي تستخدمها ونصف قطر بكرة الضغط.
