Materiały kompozytowe na bazie żywicy wzmocnione włóknem węglowym są szeroko stosowane w kilku gałęziach przemysłu, takich jak technologia lotnicza, hulajnogi domowe i zaawansowana elektronika, ze względu na ich lekkość, wysoką wytrzymałość roboczą i dużą odporność na korozję. Ze względu na niezwykłą wydajność produktu w środowiskach wilgotnych i o wysokiej temperaturze, w wysokich temperaturach i przy umiarkowanej kontroli kontraktów, w tym artykule w sposób podłużny zbadane zostaną zmiany w wydajności roboczej i mechanizmie materiałów kompozytowych wzmocnionych włóknem węglowym w trudnych warunkach z niekontrolowaną wilgotną temperaturą i połączą analizuje się je z konkretnymi treściami eksperymentalnymi i przypadkami zastosowań.
Środowisko o niekontrolowanej wilgotności i temperaturze ma większy wpływ na wydajność i mechanizm materiałów kompozytowych z włókna węglowego. Z mechanicznego punktu widzenia ciepłe środowisko starzenia spowoduje uszkodzenie powierzchni styku żywicy z włóknem. Mikroskopowo żywica i włókno zostaną oddzielone. Ten interfejs Oddzielenie doprowadzi do zmniejszenia ogólnej wydajności materiału kompozytowego, wpływając w ten sposób na właściwości mechaniczne. Z perspektywy makro właściwości mechaniczne materiałów kompozytowych ulegną znacznemu pogorszeniu, co stwarza zagrożenie dla bezpieczeństwa całej konstrukcji.
Wilgotne środowisko termiczne może również powodować pogorszenie wydajności:
Wytrzymałość na rozciąganie: Wytrzymałość na rozciąganie materiałów kompozytowych zmniejsza się, szczególnie w warunkach wysokiej wilgotności i temperatury; Wytrzymałość na ścinanie międzywarstwowe: Zniszczenie powierzchni styku żywicy z włóknem prowadzi do zmniejszenia wytrzymałości na ścinanie międzywarstwowe materiałów kompozytowych; Moduł: Moduł rozciągania Objętość nieznacznie spadła.
W dokumencie „Badanie porównawcze właściwości starzenia pod wpływem wilgoci i ciepła różnych typów materiałów kompozytowych wzmocnionych włóknem” jednokierunkowe kompozyty z włókna węglowego (CFRP), kompozyty z włókna szklanego (GFRP) i kompozyty z włókna lnianego (FRP) o zawartości włókna węglowego wynoszącej przeprowadzono 60%6. Przeprowadzono test starzenia cieplnego, który wykazał, że po starzeniu w gorącym i wilgotnym środowisku wytrzymałość na rozciąganie i wytrzymałość na ścinanie międzywarstwowe materiałów kompozytowych z włókna szklanego znacznie spadła, a moduł sprężystości przy rozciąganiu nieznacznie spadł. Po wyschnięciu odzyskano właściwości rozciągające, ale wytrzymałość na ścinanie międzywarstwowe była trudna do naprawienia. Można zauważyć, że pogorszenie wydajności, takie jak hydroliza włókna szklanego i odspojenie powierzchni międzyfazowej, które występuje podczas procesu starzenia materiałów kompozytowych z włókna szklanego, jest zmianą nieodwracalną.
Kompozyty z włókna lnianego po wchłonięciu wody ulegną uplastycznieniu, a wytrzymałość na rozciąganie nieznacznie wzrośnie, natomiast moduł sprężystości przy rozciąganiu i wytrzymałość na ścinanie międzywarstwowe pozostaną stabilne po gwałtownym spadku. Po wyschnięciu wytrzymałość na rozciąganie nie może zostać przywrócona lub nawet znacznie spada, natomiast moduł sprężystości przy rozciąganiu i wytrzymałość na ścinanie międzywarstwowe znacznie wzrastają. Zjawisko to jest ściśle związane ze zmianami, takimi jak plastyfikacja wilgoci, rozszerzanie i degradacja włókien i osnowy.
Kompozyty z włókna węglowego różnią się od dwóch materiałów wymienionych powyżej. Wraz ze wzrostem czasu starzenia właściwości rozciągające kompozytów z włókna węglowego prawie pozostają niezmienione, ale wytrzymałość na ścinanie międzywarstwowe nieznacznie maleje. Po wyschnięciu właściwości rozciągające i ścinające międzywarstwowe powracają do stanu pierwotnego. Można zauważyć, że nawet jeśli materiał kompozytowy z włókna węglowego zostanie poddany procesowi starzenia w wilgotnym i gorącym środowisku, po wyschnięciu powróci do swojego pierwotnego kształtu i będzie miał dobrą odporność na wilgoć i ciepło.
Chociaż materiały kompozytowe z włókna węglowego mają lepszą odporność na wilgoć i ciepło, w rzeczywistych zastosowaniach produkcyjnych nadal wymagane są specyficzne dostosowania produktu, aby zapewnić lepsze zastosowanie produktu. W raporcie „Badania dotyczące wydajności ciepłych części domowych włókien węglowych CCF30 i materiałów kompozytowych CC[300/EH503R3” przeprowadzono badanie starzenia się określonych materiałów kompozytowych na bazie żywicy z włókna węglowego w gorącym i wilgotnym środowisku. Badania wykazały, że: Materiały kompozytowe CCF300/EH503R3 badano w warunkach 1,000-stanu w temperaturze pokojowej. W środowisku 90% morfologii pęknięć przy rozciąganiu wykazuje uszkodzenie matrycy, a włókno węglowe nie ma widocznego pęknięcia. Powierzchnia włókna siatki jest owinięta dużą ilością żywicy, co pokazuje, że włókno węglowe i żywica mają silne właściwości wiązania międzyfazowego. W środowisku testowym o temperaturze 93 stopni i suchości wystąpiło niewielkie rozdarcie żywicy i lekkie odklejenie się włókna węglowego. Po obróbce w wilgotnym środowisku cieplnym, w wyniku wzrostu temperatury środowiska testowego, pojawiła się niewielka liczba pęknięć wzdłuż osi włókna, a ilość żywicy owiniętej na powierzchni włókna uległa zmniejszeniu. Odspojenie wzrasta, a siła wiązania pomiędzy włóknem a żywicą słabnie. Jednakże w temperaturze testu 132 stopni na mokro włókno węglowe i żywica nadal mogą być ściśle połączone, co pokazuje, że materiał kompozytowy CCF300/EH503R3 ma doskonałą wydajność interfejsu oraz odporność na wilgoć i ciepło.
Podsumowując, w oparciu o rzeczywiste produkty i wcześniejsze doświadczenia produkcyjne możemy w ukierunkowany sposób zaprojektować plan projektu produktu dla materiałów kompozytowych z włókna węglowego, zmierzyć wymagania dotyczące wydajności zgodnie z warunkami zastosowania produktu, a następnie zacząć od matrycy żywicy, modelu prekursora włókna węglowego , schemat modyfikacji, proces formowania itp., aby określić rozsądny plan projektu zapewniający rzeczywistą wydajność aplikacji. Dokładnie na tym polega logika stosowana w Chinach, aby najpierw przyjrzeć się rysunkom produktu, a następnie zrozumieć wymagania dotyczące zastosowania produktu, a następnie przedstawić plan projektu później.
Dzięki ciągłemu postępowi w dziedzinie materiałów, właściwości materiałów kompozytowych z włókna węglowego na mokro i ciepło można jeszcze bardziej poprawić poprzez modyfikację interfejsu i poprawę wydajności prekursora, a pochodne kompozytów z włókna węglowego będą również odgrywać niezastąpioną i ważną rolę w większej liczbie dziedzin .
