مواد تقویت شده در کامپوزیت های ترموپلاستیک

مواد کامپوزیت ترموپلاستیک چیست؟

در سالهای اخیر ، توسعه کامپوزیت های ترموپلاستیک تقویت شده با فیبر بر اساس رزین ترموپلاستیک سریع است و تحقیق و توسعه این نوع کامپوزیت های با کارایی بالا در جهان آغاز می شود. کامپوزیت های ترموپلاستیک به پلیمرهای ترموپلاستیک (مانند پلی اتیلن (PE) ، پلی آمید (PA) ، پلی فنیلن سولفید (PPS) ، ایمید پلی فنییلن (PEI) ، کتون پلی اتر (PEKK) و فیبر پلی اتر (PEEK) به عنوان ماتریس به عنوان ماتریس استفاده می کنند. و غیره) به عنوان مواد تقویت کننده.

کامپوزیت های مبتنی بر لیپیدهای ترموپلاستیک به طور عمده شامل فیبر تقویت شده با فیبر طولانی (LFT) فیبر مداوم تقویت شده با فیبر تقویت شده و کامپوزیت های ترموپلاستیک تقویت شده فیبر شیشه ای (CMT) است. با توجه به نیازهای مختلف استفاده ، ماتریس رزین شامل PPE-PAPRT ، PELPCPES ، PEEKPI ، PA و سایر پلاستیک های مهندسی ترموپلاستیک است و ابعاد شامل کلیه انواع فیبر ممکن مانند فیبر آریل خشک شیشه ای و فیبر بورون است. با توسعه فناوری کامپوزیت ماتریس رزین ترموپلاستیک و بازیافت آن ، توسعه این نوع مواد کامپوزیت سریعتر است. ابرقدرت حرارتی بیش از 30 ٪ از کل مواد کامپوزیت ماتریس درخت را در کشورهای توسعه یافته در اروپا و آمریکا به خود اختصاص داده است.

ماتریس حرارتی

ماتریس ترموپلاستیک نوعی ماده ترموپلاستیک است ، از خاصیت مکانیکی خوبی برخوردار است و مقاومت در برابر گرما نیز می تواند در ساخت منابع مختلف صنعتی مورد استفاده قرار گیرد. ماتریس ترموپلاستیک با مقاومت بالا ، مقاومت در برابر حرارت زیاد و مقاومت در برابر خوردگی خوب مشخص می شود.

در حال حاضر ، رزین های ترموپلاستیک اعمال شده در میدان حمل و نقل هوایی عمدتاً ماتریس رزین با مقاومت در برابر درجه حرارت بالا و دارای کارایی بالا ، از جمله PEEK ، PPS و PEI هستند. در میان آنها ، PEI آمورف در ساختار هواپیما بیشتر از PPS نیمه کریستالی و PEEK با دمای قالب بالا به دلیل پایین آمدن دمای پردازش و هزینه پردازش استفاده می شود.

رزین ترموپلاستیک دارای خواص مکانیکی بهتر و مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی ، دمای خدمات بالاتر ، استحکام و سختی خاص ، چقرمگی عالی و تحمل آسیب ، مقاومت در برابر خستگی عالی است ، می تواند به شکل و ساختار پیچیده هندسی ، هدایت حرارتی قابل تنظیم ، بازیافت ، پایداری خوب در محیط سخت ، قالب گیری قابل تکرار ، جوشکاری و مشخصات تعمیر.

ماده کامپوزیت متشکل از رزین ترموپلاستیک و مواد تقویت کننده دارای دوام ، سختی زیاد ، مقاومت در برابر ضربه بالا و تحمل آسیب است. فیبر از قبل دیگر نیازی به ذخیره در دمای پایین ، دوره ذخیره سازی نامحدود از پیش استفاده ندارد. چرخه شکل گیری کوتاه ، جوشکاری ، راندمان تولید بالا ، ترمیم آسان. زباله ها را می توان بازیافت کرد. آزادی طراحی محصول بزرگ است ، می تواند به شکل پیچیده و سازگاری و بسیاری از مزایای دیگر ساخته شود.

ماده تقویت کننده

خواص کامپوزیت های ترموپلاستیک نه تنها به خواص رزین و فیبر تقویت شده بستگی دارد بلکه از نزدیک با حالت تقویت فیبر نیز ارتباط دارد. حالت تقویت فیبر کامپوزیت های ترموپلاستیک شامل سه شکل اساسی است: تقویت فیبر کوتاه ، تقویت فیبر طولانی و تقویت فیبر مداوم.

به طور کلی ، الیاف تقویت شده اصلی 0.2 تا 0.6 میلی متر طول دارند و از آنجا که بیشتر الیاف از قطر کمتر از 70μm هستند ، الیاف اصلی بیشتر شبیه پودر هستند. ترموپلاستیک تقویت شده با فیبر کوتاه به طور کلی با مخلوط کردن الیاف در یک ترموپلاستیک مذاب تولید می شود. طول فیبر و جهت گیری تصادفی در ماتریس ، دستیابی به خیس شدن خوب را نسبتاً آسان می کند. در مقایسه با فیبر طولانی و مواد تقویت شده فیبر مداوم ، کامپوزیت های فیبر کوتاه ساده ترین تولید با حداقل بهبود در خواص مکانیکی هستند. کامپوزیت های فیبر اصلی تمایل به تشکیل یا اکسترود شدن دارند تا اجزای نهایی را تشکیل دهند زیرا الیاف اصلی تأثیر کمتری در سیالیت دارند.

طول فیبر کامپوزیت های تقویت شده با فیبر طولانی به طور کلی حدود 20 میلی متر است که معمولاً توسط فیبر مداوم که به رزین خیس می شود تهیه می شود و به طول خاصی بریده می شود. فرآیند متداول مورد استفاده فرآیند پالروژن است که با ترسیم مخلوط مداوم از فیبر و رزین ترموپلاستیک از طریق قالب خاص قالب تولید می شود. در حال حاضر ، خواص ساختاری کامپوزیت ترموپلاستیک PEEK تقویت شده با فیبر طولانی می تواند به بیش از 200MPA برسد و مدول با چاپ FDM می تواند به بیش از 20GPA برسد و با استفاده از قالب تزریق ، خواص بهتر خواهد بود.

الیاف در کامپوزیت های تقویت شده با فیبر مداوم "مداوم" هستند و از چند متر تا چند هزار متر از نظر طول متفاوت هستند. کامپوزیت های فیبر مداوم به طور کلی لمینت ها ، پیشینه ها یا پارچه های بافته و غیره را فراهم می کنند که با آغشته کردن الیاف مداوم با ماتریس ترموپلاستیک مورد نظر تشکیل می شوند.

خصوصیات کامپوزیت های تقویت شده با فیبر چیست

کامپوزیت تقویت شده با فیبر از مواد فیبر تقویت شده مانند فیبر شیشه ای ، فیبر کربن ، فیبر آرام و مواد ماتریس از طریق سیم پیچ ، قالب گیری یا فرآیند قالب گیری ریخته شده ساخته شده است. با توجه به مواد تقویت کننده مختلف ، کامپوزیت های تقویت شده با فیبر مشترک را می توان به کامپوزیت تقویت شده با فیبر شیشه ای (GFRP) ، کامپوزیت تقویت شده با فیبر کربن (CFRP) و کامپوزیت تقویت شده با فیبر آرام (AFRP) تقسیم کرد.

کامپوزیت های تقویت شده فیبر ویژگی های زیر را دارند:

(1) استحکام خاص و مدول خاص بزرگ.

(2) خصوصیات مواد قابل طراحی است.

(3) مقاومت در برابر خوردگی خوب و دوام ؛

(4) ضریب انبساط حرارتی شبیه به بتن است.

این خصوصیات باعث می شود که مواد FRP می توانند نیازهای توسعه سازه های مدرن را به دهانه های بزرگ ، برج ، بار سنگین ، نور و استحکام زیاد و کار در شرایط سخت برآورده کنند ، بلکه برای برآورده کردن نیازهای توسعه صنعتی سازی مدرن ، بنابراین بیشتر در انواع ساختمانهای مدنی ، پل ها ، بزرگراه ها ، اقیانوس ها ، سازه های هیدرولیک و ساختارهای زیرزمینی و سایر زمینه ها مورد استفاده قرار می گیرد.

کامپوزیت های ترموپلاستیک چشم انداز توسعه خوبی دارند

براساس این گزارش ، پیش بینی می شود بازار جهانی کامپوزیت ترموپلاستیک تا سال 2030 به 66.2 میلیارد دلار برسد ، با نرخ رشد سالانه مرکب 7.8 ٪ در دوره پیش بینی. این افزایش را می توان به افزایش تقاضای محصول در بخش های هوافضا و خودرو و رشد نمایی در بخش ساخت و ساز نسبت داد. از کامپوزیت های ترموپلاستیک در ساخت ساختمانهای مسکونی ، زیرساخت ها و تأسیسات آبرسانی استفاده می شود. خواصی مانند قدرت عالی ، چقرمگی و امکان بازیافت و یادآوری باعث می شود کامپوزیت های ترموپلاستیک برای ساخت برنامه ها ایده آل شوند.

از کامپوزیت های ترموپلاستیک نیز برای تولید مخازن ذخیره سازی ، سازه های سبک وزن ، قاب های پنجره ، قطب های تلفنی ، نرده ها ، لوله ها ، پانل ها و درها استفاده می شود. صنعت خودرو یکی از زمینه های اصلی کاربرد است. تولید کنندگان با تعویض فلزات و فولاد با کامپوزیت های ترموپلاستیک سبک ، روی بهبود راندمان سوخت تمرکز می کنند. به عنوان مثال ، فیبر کربن به اندازه فولاد یک پنجم وزن دارد ، بنابراین به کاهش وزن کلی وسیله نقلیه کمک می کند. براساس کمیسیون اروپا ، هدف از انتشار کربن برای خودروها از 130 گرم در هر کیلومتر به 95 گرم در کیلومتر تا سال 2024 افزایش می یابد که انتظار می رود تقاضا برای کامپوزیت های ترموپلاستیک در صنعت تولید خودرو را افزایش دهد.

چشم انداز کامپوزیت های ترموپلاستیک بسیار زیاد است و تولید کنندگان داخلی سرمایه گذاری زیادی در تحقیق و توسعه دارند. ما امیدواریم که با تلاش های مشترک همه در آینده ، فناوری کامپوزیت داخلی می تواند در موقعیت پیشرو بین المللی باشد.