Analiza właściwości odpornych na zużycie materiałów kompozytowych z nylonu wzmocnionego włóknem węglowym (CF/PA).
Nylon (PA) jest szeroko stosowany jako wielofunkcyjny termoplastyczny materiał kompozytowy w wielu dziedzinach ze względu na jego wyjątkowe właściwości mechaniczne, niski współczynnik tarcia i doskonałą wytrzymałość. Jednakże w zaawansowanych gałęziach przemysłu o wysokich wymaganiach dotyczących wydajności produktu, takich jak nowa energia, szybkie leczenie i inteligentny sprzęt, tradycyjne materiały PA wykazały ograniczenia produktu w zakresie odporności na ciepło i zachowania wymiarów. Aby rozwiązać te problemy, pojawiły się termoplastyczne materiały kompozytowe wzmocnione ciągłym włóknem węglowym, utworzone przez połączenie włókna węglowego (CH) z tradycyjnymi materiałami PA. Materiał ten nie tylko znacznie poprawia właściwości mechaniczne, ale także doskonale radzi sobie z innymi właściwościami fizycznymi, takimi jak odporność na zużycie.
Właściwości tarcia i zużycia termoplastycznych kompozytów Pa6 wypełnionych włóknem węglowym szczegółowo oceniają właściwości materiałów kompozytowych CF/PA, wybierają włókna węglowe o różnych procentach objętościowych (10% obj., 20% obj., 30% obj.) jako wzmocnienie i przeprowadza badania zużycia ciernego w warunkach wilgotności (30~45%), zadanego obciążenia (0~16N) i częstotliwości tarcia (0-12HZ).
Zmiany współczynnika tarcia
Pod ustawionym obciążeniem 9N i częstotliwością tarcia 4HZ współczynnik tarcia próbek czystego materiału PA szybko rośnie w czasie. Współczynnik tarcia próbek materiału kompozytowego CF/PA o zawartości 20% wag. i 30% wag. rośnie z czasem głównie w sposób paraboliczny, natomiast współczynnik tarcia próbek materiału kompozytowego CF/PA o zawartości 10% wag. najpierw rośnie, a następnie maleje, ostatecznie wykazując tendencję wzrostową.
Podsumowując, wraz ze wzrostem procentu objętościowego wzmocnienia z włókna węglowego, współczynnik tarcia utworzonego materiału kompozytowego CF/PA stopniowo maleje i można zauważyć, że współczynnik tarcia czystego materiału PA jest wyższy niż jakikolwiek procent objętościowy CF Materiał kompozytowy /PA. Najbardziej rzucającym się w oczy jest to, że materiał kompozytowy CF/PA o zawartości 20% wag. wykazuje najniższy współczynnik tarcia. Jest to spowodowane interakcją pomiędzy włóknem węglowym lub mikrostrukturą na powierzchni włókna węglowego a powierzchnią styku matrycy. Może mieć pewne działanie smarujące podczas procesu tarcia, zmniejszając w ten sposób współczynnik tarcia materiału kompozytowego.
Objętość uszkodzeń spowodowanych tarciem
Przy tej samej sile obciążenia lub częstotliwości tarcia objętość uszkodzeń spowodowanych tarciem próbki czystego materiału PA jest największa, podczas gdy objętość uszkodzeń spowodowanych tarciem materiału kompozytowego CF/PA o zawartości 20% wag. 19% jest najmniejsza. Pokazuje to, że materiał kompozytowy CF/PA ma lepszą trwałość. Gdy siła obciążenia zostanie zwiększona do 9-15N, objętość uszkodzeń spowodowanych tarciem materiału kompozytowego CF/PA o zawartości 30% wag. nagle gwałtownie wzrasta, co może być spowodowane nadmierną zawartością włókna węglowego powodującą zmniejszenie naprężeń wewnętrznych materiału kompozytowego skoncentruj się w jednym miejscu.
Zgodnie z wynikami skanowania SEM, na powierzchni próbki czystego materiału PA znajdują się oczywiste mikropęknięcia i występuje zjawisko łuszczenia się, ale ślady zużycia materiału kompozytowego CF/PA są znacznie mniejsze, szczególnie w przypadku CF/PA o zawartości 20% wag. materiał kompozytowy, w którym prawie nie występuje zjawisko łuszczenia się. Można powiedzieć, że odpowiednia ilość wzmocnienia z włókna węglowego może skutecznie wytrzymać obciążenie odrywające się od powierzchni styku i zapobiec oddzielaniu się materiału.
W przypadku rzeczywistej produkcji CFPA6 firma Zhishang New Materials Technology odkryła, że na działanie materiału kompozytowego ma również bezpośredni wpływ złoty pocisk z żywicy. Badanie wykazało, że stopienie udziału masowego ciągłego włókna węglowego i żywicy PA powoduje najbardziej znaczącą poprawę wytrzymałości na rozciąganie, modułu sprężystości przy zginaniu i wytrzymałości na zginanie materiału kompozytowego, która może być 2-3 razy większa z czystej żywicy PA. To w pełni pokazuje, że termoplastyczność i właściwości żywicy można znacznie poprawić dzięki wzmocnieniu włókna węglowego.
W obecnym tempie rozwój nauki i technologii oraz postęp technologiczny mogą zapewnić głębszą modernizację materiałów kompozytowych CF/PA. Wierzymy, że w przyszłości materiał ten będzie mógł znaleźć szersze zastosowanie w różnych dziedzinach. Szczególnie w scenariuszach wymagających odporności na bardzo zniszczone środowiska, takie jak wysoka temperatura i wysoka wilgotność.
