Jakie są różnice termoplastycznych kompozytów z włókna węglowego w wysokich temperaturach?

Termoplastyczne kompozyty z włókna węglowego to nowe materiały kompozytowe złożone z wzmocnienia włókien węglowych i termoplastycznej matrycy żywicy. Włókno węglowe jako wzmocnienie ma charakterystykę wysokiej wytrzymałości, modułu wysokiej i niskiej gęstości, zapewniając doskonałe właściwości mechaniczne dla materiałów kompozytowych. Powszechnie stosowane matryce żywicy termoplastycznej obejmują polieteretherketone (PEEK), siarczek polifenylenowy (PPS) i poliamid (PA) itp. Żywice te zapewniają materiały kompozytowe dobrą plastyczność i możliwość recyklingu.

Podstawowe właściwości termoplastycznych kompozytów z włókna węglowego obejmują wysoką wytrzymałość, wysoką sztywność, niską gęstość, odporność na korozję i możliwość projektowania. W porównaniu z kompozytami termosetowymi kompozyty termoplastyczne mają lepszą odporność na uderzenie, krótszy cykl formowania i spawalność. Ponadto kompozyty termoplastyczne wykazują lepszą wytrzymałość i tolerancję uszkodzeń w wysokich temperaturach, co daje im znaczące zalety w zastosowaniach w środowisku o wysokiej temperaturze.

Termoplastyczne kompozyty z włókna węglowego wykazują doskonałą retencję właściwości mechanicznych w warunkach wysokiej temperatury. Badania wykazały, że takie materiały mogą nadal utrzymywać wysoką wytrzymałość i moduł nawet w warunkach wysokiej temperatury powyżej 200 stopni. Na przykład wskaźnik retencji wytrzymałości kompozytów z włókna węglowego na bazie PEEK na poziomie 200 stopni może osiągnąć ponad 80%, co jest znacznie wyższe niż w przypadku tradycyjnych kompozytów termosetowych.

Wpływ wysokiej temperatury na właściwości mechaniczne kompozytów termoplastycznych włókien węglowych znajduje głównie w stopniu zmiękczania macierzy żywicy i wytrzymałości wiązania interfejsu. Wraz ze wzrostem temperatury moduł macierzy żywicy maleje, co powoduje spadek ogólnej sztywności kompozytu. Jednak ze względu na stabilność w wysokiej temperaturze wzmacniania włókien węglowych spadek siły kompozytu jest stosunkowo niewielki. Ponadto rozsądny wybór macierzy żywicy i optymalizacja wiązania interfejsu mogą skutecznie poprawić właściwości mechaniczne o wysokiej temperaturze kompozytu.

Termoplastyczne kompozyty z włókna węglowego wykazują doskonałą stabilność termiczną i odporność na pełzanie w wysokich temperaturach. Stabilność termiczna znajduje się głównie w stabilności wymiarowej i stabilności chemicznej materiału w środowisku o wysokiej temperaturze. Na przykład kompozyty z włókna węglowego oparte na PEEK mogą być stosowane przez długi czas w temperaturze 250 stopni, a temperatura krótkoterminowa może osiągnąć powyżej 300 stopni i utrzymać dobrą stabilność wymiarową i bezwładność chemiczną w tym zakresie temperatur.

Odporność na pełzanie jest ważnym wskaźnikiem pomiaru zdolności materiału do odporności deformacji w wysokiej temperaturze i obciążeniu ciągłym. Ze względu na obecność wzmocnienia włókien węglowych termoplastyczne kompozyty z włókna węglowego wykazują doskonałą odporność na pełzanie w wysokich temperaturach. Badania wykazały, że przy 200 stopni i stałym obciążeniu odkształcenie pełzania kompozytów z włókna węglowego na bazie PEEK jest znacznie niższe niż w przypadku tradycyjnych materiałów metali, a szybkość pełzania stopniowo maleje z czasem. Ta doskonała odporność na pełzanie sprawia, że ​​termoplastyczne kompozyty z włókna węglowego mają szerokie perspektywy zastosowania w strukturach obciążenia o wysokiej temperaturze.

Oprócz doskonałych właściwości mechanicznych i stabilności termicznej kompozyty termoplastyczne włókna węglowego wykazują również unikalne właściwości funkcjonalne w wysokich temperaturach. Pierwszy to przewodność elektryczna. Samo włókno węglowe ma dobrą przewodność elektryczną, która umożliwia materiałowi kompozytowi utrzymanie stabilnej przewodności elektrycznej w wysokich temperaturach. Ta funkcja umożliwia stosowanie termoplastycznych kompozytów z włókna węglowego do statycznego rozpraszania i chronu elektromagnetycznego w środowiskach o wysokiej temperaturze.

Drugi to przewodność cieplna. Chociaż przewodność cieplna macierzy żywicy jest słaba, wysoka przewodność cieplna włókna węglowego sprawia, że ​​materiał kompozytowy jako całość ma dobrą przewodność cieplną. W środowisku o wysokiej temperaturze ta przewodność cieplna pomaga szybko rozpowszechniać ciepło, zapobiega lokalnym przegrzaniu i poprawia bezpieczeństwo materiału.

Ostatni to wydajność ekranowania elektromagnetycznego. Przewodząca struktura sieci węglowej umożliwia termoplastyczne kompozyty z włókna węglowego utrzymywać dobre efekty ekranowania elektromagnetycznego w wysokich temperaturach. Badania wykazały, że nawet w wysokiej temperaturze 200 stopni kompozyty z włókna węglowego mogą nadal utrzymywać skuteczność ochrony elektromagnetycznej ponad 60db, co jest znacznie wyższe niż tradycyjne materiały metalu