تفاوت کامپوزیت های فیبر کربن ترموپلاستیک در دماهای بالا چیست؟

کامپوزیت های فیبر کربن ترموپلاستیک مواد کامپوزیت جدیدی هستند که از تقویت فیبر کربن و ماتریس رزین ترموپلاستیک تشکیل شده اند. فیبر کربن به عنوان یک تقویت کننده دارای ویژگی های استحکام بالا ، مدول بالا و چگالی کم است و خواص مکانیکی عالی را برای مواد کامپوزیت فراهم می کند. ماتریس رزین ترموپلاستیک که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند شامل پلی اتاترکتون (PEEK) ، پلی فنیلن سولفید (PPS) و پلی آمید (PA) و غیره هستند. این رزین ها به مواد کامپوزیت قابل انعطاف و بازیافت مناسب می دهند.

خواص اساسی کامپوزیت های فیبر کربن ترموپلاستیک شامل استحکام بالا ، سفتی زیاد ، چگالی کم ، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت طراحی است. در مقایسه با کامپوزیت های حرارتی ، کامپوزیت های ترموپلاستیک مقاومت در برابر ضربه بهتر ، چرخه قالب گیری کوتاه تر و جوشکاری دارند. علاوه بر این ، کامپوزیت های ترموپلاستیک در دمای بالا ، چقرمگی بهتر و تحمل آسیب را نشان می دهند ، که در کاربردهای محیط با درجه حرارت بالا مزایای قابل توجهی به آنها می دهد.

کامپوزیت های فیبر کربن ترموپلاستیک در شرایط دمای بالا ، حفظ خاصیت مکانیکی عالی را نشان می دهند. مطالعات نشان داده اند که چنین مواد هنوز هم می توانند مقاومت و مدول بالایی را حتی در شرایط دمای بالا بالاتر از 200 درجه حفظ کنند. به عنوان مثال ، میزان حفظ قدرت کامپوزیت های فیبر کربن مبتنی بر PEEK در 200 درجه می تواند به بیش از 80 ٪ برسد که این بسیار بالاتر از کامپوزیت های سنتی ترموزاسیون است.

تأثیر درجه حرارت بالا بر خواص مکانیکی کامپوزیت های فیبر کربن ترموپلاستیک عمدتاً در درجه نرم کننده ماتریس رزین و استحکام پیوند رابط منعکس می شود. با افزایش دما ، مدول ماتریس رزین کاهش می یابد و در نتیجه کاهش سختی کلی کامپوزیت کاهش می یابد. با این حال ، با توجه به ثبات دمای بالا تقویت فیبر کربن ، کاهش استحکام کامپوزیت نسبتاً اندک است. علاوه بر این ، انتخاب معقول ماتریس رزین و بهینه سازی پیوند رابط می تواند به طور موثری خواص مکانیکی دمای بالا کامپوزیت را بهبود بخشد.

کامپوزیت های فیبر کربن ترموپلاستیک پایداری حرارتی عالی و مقاومت در برابر خزش در دماهای بالا دارند. ثبات حرارتی عمدتاً در پایداری بعدی و ثبات شیمیایی مواد در محیط با درجه حرارت بالا منعکس می شود. به عنوان مثال ، کامپوزیت های فیبر کربن مبتنی بر PEEK می توانند برای مدت طولانی در 250 درجه مورد استفاده قرار گیرند و دمای استفاده کوتاه مدت می تواند به 300 درجه برسد و پایداری ابعادی خوب و عدم تحرک شیمیایی را در این محدوده دما حفظ کند.

مقاومت خزش یک شاخص مهم برای اندازه گیری توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر تغییر شکل در دمای بالا و بار مداوم است. با توجه به وجود تقویت فیبر کربن ، کامپوزیت های فیبر کربن ترموپلاستیک مقاومت خزش بسیار خوبی را در دماهای بالا نشان می دهند. مطالعات نشان داده اند که در 200 درجه و بار ثابت ، فشار خزش کامپوزیت های فیبر کربن مبتنی بر PEEK به طور قابل توجهی پایین تر از مواد فلزی سنتی است و میزان خزش به تدریج با گذشت زمان کاهش می یابد. این مقاومت در برابر خزش عالی باعث می شود کامپوزیت های فیبر کربن ترموپلاستیک چشم انداز کاربرد گسترده ای در ساختارهای تحمل بار با دمای بالا داشته باشند.

علاوه بر خواص مکانیکی عالی و پایداری حرارتی ، کامپوزیت های فیبر کربن ترموپلاستیک نیز در دماهای بالا خصوصیات عملکردی منحصر به فردی را نشان می دهند. اولین هدایت الکتریکی است. فیبر کربن به خودی خود دارای هدایت الکتریکی خوبی است ، که مواد کامپوزیت را قادر می سازد هدایت الکتریکی پایدار را در دماهای بالا حفظ کند. این ویژگی اجازه می دهد تا کامپوزیت های فیبر کربن ترموپلاستیک برای اتلاف استاتیک و محافظت از الکترومغناطیسی در محیط های درجه حرارت بالا استفاده شوند.

دوم هدایت حرارتی است. اگرچه هدایت حرارتی ماتریس رزین ضعیف است ، اما هدایت حرارتی بالای فیبر کربن باعث می شود که مواد کامپوزیت به عنوان یک کل هدایت حرارتی خوبی داشته باشند. در یک محیط با درجه حرارت بالا ، این هدایت حرارتی به انتشار سریع گرما کمک می کند ، از گرمای بیش از حد موضعی جلوگیری می کند و ایمنی مواد را بهبود می بخشد.

آخرین مورد عملکرد محافظ الکترومغناطیسی است. ساختار شبکه رسانا فیبر کربن ، کامپوزیت های فیبر کربن ترموپلاستیک را قادر می سازد تا اثرات محافظت از الکترومغناطیسی خوب را در دماهای بالا حفظ کنند. مطالعات نشان داده اند که حتی در دمای بالای 200 درجه ، کامپوزیت های فیبر کربن مبتنی بر PEEK هنوز هم می توانند اثربخشی محافظت از الکترومغناطیسی بیش از 60db را حفظ کنند ، که بسیار بالاتر از مواد فلزی سنتی است