Көміртекті талшықпен нығайтылған полимер - Carbon fiber reinforced polymer

«Көміртекті талшық» қайта бағытталады. Көміртектің талшықтары туралы қараңыз Көміртекті талшықтар.

Құйрығы а радио басқарылатын тікұшақ, CFRP жасалған

Көміртекті талшықпен нығайтылған полимер (Американдық ағылшын ), Көміртекті талшықпен нығайтылған полимер (Достастық ағылшын ), немесе көміртекті талшық күшейтілген пластик, немесе көміртекті талшық күшейтілген термопластикалық (CFRP, CRP, CFRTP, сондай-ақ көміртекті талшық, көміртекті композит, немесе жай көміртегі), өте күшті және жеңіл талшықпен нығайтылған пластик құрамында бар көміртекті талшықтар. «Талшық» емлесі әдетте АҚШ-тан тыс жерлерде қолданылады. CFRP-ді өндіру қымбат болуы мүмкін, бірақ көбінесе қай жерде болса да қолданылады салмақ пен күштің арақатынасы және қаттылық (қаттылық) қажет, мысалы аэроғарыштық, кемелердің қондырмалары, автомобиль, азаматтық құрылыс, спорт жабдықтары және тұтынушылық және техникалық қосымшалардың саны артып келеді.[1]

Міндетті полимер жиі а термосет сияқты шайыр эпоксид, бірақ басқа термосет немесе термопластикалық сияқты полимерлер полиэфир, винил эфирі, немесе нейлон, кейде қолданылады. Соңғы CFRP өнімнің қасиеттеріне байланыстырушы матрицаға (шайырға) енгізілген қоспалардың түрі әсер етуі мүмкін. Ең көп таралған қоспасы кремний диоксиді, бірақ резеңке және сияқты басқа қоспалар көміртекті нанотүтікшелер пайдалануға болады.

Көміртекті талшық кейде аталады графитпен күшейтілген полимер немесе графитті талшықпен нығайтылған полимер (GFRP сирек кездеседі, өйткені ол әйнекпен (талшықпен) күшейтілген полимермен соқтығысады).

Қасиеттері

CFRP болып табылады композициялық материалдар. Бұл жағдайда композиция екі бөліктен тұрады: матрица және арматура. CFRP-де арматура оның беріктігін қамтамасыз ететін көміртекті талшықтан тұрады. Матрица әдетте арматураны біріктіру үшін эпоксид сияқты полимерлі шайыр болып табылады.[2] CFRP екі айқын элементтен тұратындықтан, материал қасиеттері осы екі элементке тәуелді.

Арматура CFRP-мен өлшенетін беріктігі мен қаттылығын береді стресс және серпімді модуль сәйкесінше. Айырмашылығы жоқ изотропты болат және алюминий сияқты материалдар, CFRP бағыттылық қасиеттеріне ие. CFRP қасиеттері көміртек талшығының орналасуына және полимерге қатысты көміртек талшықтарының үлесіне байланысты.[3] Көміртекті талшықтар мен полимерлі матрицаның қасиеттерін қолдана отырып, композициялық материалдардың таза серпімді модулін реттейтін екі түрлі теңдеулерді көміртекті талшықпен нығайтылған пластмассаларға да қолдануға болады.[4] Келесі теңдеу,

талшықтары берілген жүктеме бағытына бағытталған композициялық материалдар үшін жарамды. жалпы композициялық модуль, және матрица мен талшықтың көлемдік фракциялары сәйкесінше, және және сәйкесінше матрицаның және талшықтардың серпімді модульдері болып табылады.[4] Берілген жүктемеге көлденең талшықтары бар композиттің серпімді модулінің басқа экстремалды жағдайын келесі теңдеуді табуға болады:[4]

Көміртекті талшықтың арматураланған пластмасса сынықтарының төзімділігі келесі механизмдермен реттеледі: 1) көміртекті талшық пен полимер матрицасы арасындағы дебондинг, 2) талшықтың тартылуы және 3) CFRP парақтары арасындағы деламинация.[5] Әдеттегі эпоксидті CFRP-дерде ешқандай икемділік байқалмайды, оның 0,5% -дан аз күші істен шығады. Эпоксидті CFRP-дің беріктігі мен серпімді модулі жоғары болғанымен, сынғыш сынықтар механикасы инженерлерге сәтсіздіктерді анықтауда бірегей қиындықтар тудырады, өйткені сәтсіздік апатты түрде орын алады.[5] Осылайша, CFRP-ді қатайту жөніндегі соңғы күш-жігер қолданыстағы эпоксидті материалды өзгертуді және баламалы полимер матрицасын табуды қамтиды. Осындай материалдардың бірі - үлкен үміт PEEK, ол ұқсас серпімділік модулі мен созылу беріктігі бар үлкен қаттылық ретін көрсетеді.[5] Дегенмен, PEEK өңдеу әлдеқайда қиын және қымбатырақ.[5]

Салмақ пен салмақтың бастапқы арақатынасының жоғары болуына қарамастан, CFRP-дің жобалық шектеуі оның анықталмайтындығында шаршау шегі. Бұл теориялық тұрғыдан стресс циклінің сәтсіздігін жоққа шығаруға болмайтынын білдіреді. Болат пен басқа да көптеген құрылымдық металдар мен қорытпалардың шаршау немесе төзімділік шектері шамалы болғанымен, композиттердің күрделі бұзылу режимдері CFRP-дің шаршаудың бұзылу қасиеттерін болжау және жобалау қиын екенін білдіреді. Нәтижесінде, CFRP-ді циклдік жүктеуге арналған қосымшалар үшін пайдалану кезінде инженерлерге қызмет ету мерзімі ішінде компоненттердің сенімділігін қамтамасыз ету үшін беріктік қауіпсіздігі шектерінде жобалау қажет болуы мүмкін.

Температура мен ылғалдылық сияқты қоршаған орта әсерлері полимер негізіндегі композиттерге, соның ішінде көптеген CFRP-ге қатты әсер етуі мүмкін. CFRP коррозияға төзімділігі жоғары болғанымен, температураның кең диапазонындағы ылғалдың әсері CFRP механикалық қасиеттерінің, әсіресе матрицалық-талшықтық интерфейстің нашарлауына әкелуі мүмкін.[6] Көміртек талшықтарының өздеріне материалға таралатын ылғал әсер етпесе, ылғал полимер матрицасын пластификациялайды.[5] Бұл CFRP-дегі матрица әсер ететін қасиеттердің айтарлықтай өзгеруіне әкелді, мысалы, қысу, интерламинарлық ығысу және соққы қасиеттері.[7] Қозғалтқыштың желдеткіш қалақтары үшін қолданылатын эпоксидті матрица реактивті отынға, майлауға және жаңбыр суына төзімді емес етіп жасалған, композициялық бөлшектерге сыртқы бояу ультрафиолет сәулесінің зақымдануын азайту үшін қолданылады.[5][8]

Көміртекті талшықтар тудыруы мүмкін гальваникалық коррозия CRP бөлшектері алюминийге бекітілген кезде.[9]

Көміртекті талшықты арматураланған пластмассаны өңдеу өте қиын және бұл құралдың едәуір тозуын тудырады. CFRP өңдеу кезінде құралдың тозуы талшықтың бағыты мен кесу процесінің өңдеу жағдайына байланысты. Құралдың тозуын азайту үшін CFRP және CFRP метал стектерін өңдеу кезінде әр түрлі қапталған құралдар қолданылады.[1]

Өндіріс

Көміртекті талшықпен нығайтылған полимер

CFRP бастапқы элементі - бұл көміртекті жіп; бұл прекурсордан жасалады полимер сияқты полиакрилонитрил (PAN), аудан немесе мұнай биіктік. PAN немесе аудан сияқты синтетикалық полимерлер үшін бірінші кезекте тұрады иірілген бастапқыда полимер тізбегін аяқталған көміртек талшығының соңғы физикалық қасиеттерін жақсарту үшін туралау үшін химиялық және механикалық процестерді қолданып, жіп тәріздес жіптерге айналдырады. Иірілген жіптерді иіру кезінде қолданылатын прекурсорлар құрамы мен механикалық процестер өндірушілер арасында әр түрлі болуы мүмкін. Сызғаннан немесе айналдырғаннан кейін полимерлі жіптен жасалған жіптер көміртегі емес атомдарды шығару үшін қыздырылады (карбонизация ), соңғы көміртекті талшықты шығарады. Көміртекті талшықтардан жасалған жіптерді өңдеу сапасын жақсарту үшін қосымша өңдеуге болады, содан кейін оларды орап алады бобиндер.[10] Осы талшықтардан бір бағытты парақ жасалады. Бұл парақтар бір-біріне квазизотропты қабаттасып қабаттасқан, мысалы. 0 °, + 60 ° немесе −60 ° бір-біріне қатысты.

Элементарлы талшықтан екі бағытты тоқылған парақ жасауға болады, яғни а twill 2/2 тоқумен. Көптеген CFRP-ді жасау процесі жасалынатын туындыға, әрленуге (жылтырдың сыртына) қажет болғанына және оның қанша бөлігі жасалатынына байланысты өзгеріп отырады. Сонымен қатар, матрицаны таңдау дайын композиттің қасиеттеріне қатты әсер етуі мүмкін.

Көптеген CFRP бөлшектері шыны талшықпен қапталған көміртекті матаның бір қабаты арқылы жасалады. Осы композициялық бөлшектерді тез жасау үшін ұсақтағыш мылтық деп аталатын құрал қолданылады. Көміртекті талшықтан жіңішке қабық пайда болғаннан кейін, ұсақтағыш мылтық шыны талшық орамдарын қысқа ұзындықтарға кесіп, шайырларды бір уақытта шашыратады, осылайша шыны талшық пен шайыр сол жерде араласады. Шайыр - бұл сыртқы қоспалар, мұнда қатайтқыш пен шайыр бөлек бүркіледі немесе ішкі қолданылған, бұл әр қолданғаннан кейін тазартуды қажет етеді.

Қалыптау

CFRP бөлшектерін өндірудің бір әдісі - көміртекті талшық мата қабаттарын қабатқа қабаттастыру зең соңғы өнім түрінде. Матаның талшықтарының туралануы мен тоқылуы алынған материалдың беріктігі мен қаттылық қасиеттерін оңтайландыру үшін таңдалады. Содан кейін қалып толтырылады эпоксид және қыздырылған немесе ауамен өңделген. Алынған бөлік өте коррозияға төзімді, қатты және салмағы үшін берік. Эпоксидті немесе талшықтарға алдын ала сіңдірілген матаны матаға жабу арқылы шығарады (сындарлы емес жерлерде). алдын-ала ) немесе оның үстіне «боялған». Бір қалыптарды қолданатын жоғары өнімді бөлшектер вакуумға салынған және / немесе пакетке салынған автоклав - емделген, өйткені материалдағы кішкене ауа көпіршіктері де беріктігін төмендетеді. Автоклав әдісіне балама - үрлемелі ауа көпіршіктері арқылы ішкі қысымды қолдану EPS көбігі ішінде емделмеген жиналған көміртекті талшық.

Вакуумды пакетке салу

Салыстырмалы түрде аз даналары қажет қарапайым дана үшін (күніне 1-2), а вакуумдық қап пайдалануға болады. Шыны талшық, көміртекті талшық немесе алюминий формасы жылтыратылған және балауыздалған және а босату агенті мата мен шайыр қолданылғанға дейін қолданылады, ал вакуум тартылып, бөліктің емделуіне (қатаюына) мүмкіндік береді. Шайырды матаға вакуумдық қалыпта жағудың үш әдісі бар.

Бірінші әдіс қолмен және дымқыл төсеу деп аталады, мұнда екі бөліктен тұратын шайыр араласып, қалыпқа салмас бұрын және пакетке салмайды. Басқасы инфузия арқылы жасалады, вакуум шайырды кішкене түтікше арқылы пакетке, содан кейін саңылаулары бар түтік арқылы немесе матаны шайырды біркелкі таратуға ұқсас зат арқылы тартқан кезде құрғақ мата мен қалып сөмкенің ішіне орналастырылады. . Сым тоқу станогы ішіндегі саңылауларды қажет ететін түтікке өте жақсы сәйкес келеді. Шайырды қолданудың екі әдісі де өте кішкентай түйреуіш тесіктері бар жылтыр қабат үшін шайырды біркелкі тарату үшін қолмен жұмыс жасауды қажет етеді.

Композициялық материалдарды салудың үшінші әдісі құрғақ төсеу ретінде белгілі. Мұнда көміртекті талшық материалы шайырмен алдын ала сіңдірілген (пре-прег) және қалыпқа жабысқақ пленкаға ұқсас қолданылады. Содан кейін жинау вакуумға орналастырылады, оны емдеу үшін. Құрғақ төсеу әдісі шайыр қалдықтарының ең аз мөлшеріне ие және ылғалды қабатқа қарағанда жеңіл конструкцияларға қол жеткізе алады. Сондай-ақ, шайырдың көп мөлшерін дымқыл төсеу әдісімен ағызу қиынырақ болғандықтан, алдын-ала дайындалған бөліктердің тесіктері аз болады. Шайырдың минималды мөлшерімен саңылауларды жою, әдетте, қолдануды қажет етеді автоклав қалдықтарды тазарту үшін қысым.

Компрессиялық қалыптау

Тезірек әдіс а сығымдау формасы. Бұл әдетте алюминийден немесе болаттан жасалған екі бөлік (еркек және әйел) қалып, оны мата мен шайыр екеуінің арасына біріктіреді. Пайда - бұл барлық процестің жылдамдығы. Кейбір автокөлік өндірушілері, мысалы BMW, велосипедпен 80 секунд сайын айналыса алатындығын мәлімдеді. Алайда, бұл техниканың бастапқы құны өте жоғары, өйткені қалыптарға CNC өңдеу өте жоғары дәлдікті қажет етеді.

Жіп орамасы

Қиын немесе ширатылған пішіндер үшін а жіп орамасы CFRP бөлшектерін қылшық немесе өзектің айналасында жіптерді орау арқылы жасауға болады.

Қолданбалар

CFRP өтінімдері келесілерді қамтиды:

Аэроғарыштық инженерия

Композит Airbus A350 көміртекті талшықпен ливерия

The Airbus A350 XWB 52% CFRP-ден салынған[11] оның ішінде қанаттардың шпаттары мен фюзеляж компоненттері, оларды басып озады Boeing 787 Dreamliner, CFRP үшін ең жоғары салмақтық коэффициенті бар ұшақ үшін, бұл 50%.[12] Бұл композиттерден жасалған қанат шпаттары бар алғашқы коммерциялық ұшақтардың бірі болды. The Airbus A380 CFRP-ден жасалған орталық қанат-боксы бар алғашқы коммерциялық авиалайнерлердің бірі болды; бұл қанаттардың бөліктерге бөлудің орнына тегіс контурлы қанаттардың көлденең қимасы бар. Бұл ағынды, үздіксіз қимасы аэродинамикалық тиімділікті оңтайландырады.[дәйексөз қажет ] Сонымен қатар, артқы қалқанмен қатар артқы шеті, қоршау, және қысымсыз фюзеляж CFRP-ден жасалған.[13] Алайда, көптеген кешіктірулер осы бөлшектерді шығаруға байланысты мәселелерге байланысты тапсырысты кері жіберуге мәжбүр болды. CFRP-ді пайдаланатын көптеген ұшақтар CFRP компоненттерін жасау үшін қолданылған салыстырмалы жаңа процестерге байланысты жеткізу мерзімдерінің кешігуін бастан кешірді, ал металл құрылымдар бірнеше жылдан бері әуе рамаларында зерттеліп, қолданылып келеді және процестер салыстырмалы түрде жақсы түсініледі. Қайталанатын проблема - бұл құрылымдық қартаюды бақылау, бұл үшін жаңа әдістер үнемі зерттеліп отырады, бұл CFRP-нің ерекше көпматериалды және анизотропты сипатына байланысты.[14]

1968 ж. А Гифил көміртекті талшықты желдеткіш қондырғысы жұмыс істеді Rolls-Royce Conways туралы Vickers VC10s басқарады BOAC.[15]

Мамандандырылған ұшақ дизайнерлері мен өндірушілері Масштабталған композиттер бірінші жеке басқарылатын ғарыш аппараттарын қоса алғанда, олардың дизайн ауқымында CFRP кеңінен қолданды Ғарыш кемесі. CFRP кеңінен қолданылады микро әуе көлігі (MAVs) өйткені оның беріктігі мен салмақ қатынасы жоғары.

Автокөлік техникасы

Citroën SM бұл 1971 ж Марокко митингісі көміртекті талшық дөңгелектері бар
1996 McLaren F1 - алғашқы көміртекті талшықтың корпусы
McLaren MP4 (MP4 / 1), алғашқы көміртекті талшық F1 автокөлігі.

CFRP жоғары деңгейлі автомобиль жарыстарында кеңінен қолданылады.[16] Көміртекті талшықтың жоғары құны материалдың салмақ пен салмақтың теңдесі жоқ қатынасы арқылы төмендетіледі, ал төмен салмақ жоғары өнімді автомобиль жарысы үшін өте маңызды. Жеңіл автокөлік өндірушілері белгілі бір бағытта көміртекті талшықтардың беріктігін беру әдістерін ойлап тапты, оны жүк көтергіш бағытта берік етеді, бірақ мүшеге аз немесе аз жүктеме түсіретін бағыттарда әлсіз етеді. Керісінше, өндірушілер барлық бағытта мықтылықты қолданатын көп бағытты көміртекті талшықтан жасалған тоқымалар жасады. Көміртекті талшықтарды құрастырудың бұл түрі «қауіпсіздік ұяшығында» кеңінен қолданылады монокок жоғары өнімді автомобильдердің шассиін құрастыру. Алғашқы көміртекті талшық монококты шасси енгізілді Формула-1 арқылы Макларен 1981 жылғы маусымда. Ол жобаланған Джон Барнард және келесі маусымдарда автомобильдердің шассиіне берілген қосымша қаттылықтың арқасында басқа F1 командалары кеңінен көшірді.[17]

Көптеген суперкарлар соңғы бірнеше онжылдықта CFRP өндірісіне кеңінен енгізілді, оны монококстық шасси үшін және басқа компоненттер үшін қолданды.[18] Сонау 1971 жылы Citroën SM жеңіл көміртекті талшықтардың қосымша дөңгелектерін ұсынды.[19][20]

Материалды пайдалануды аз көлемді өндірушілер оңай қабылдады, олар оны бірінші кезекте кейбір жоғары деңгейлі автомобильдерге шанақ панельдерін жасау үшін қолданды, өйткені оның беріктігі мен салмағының төмендеуіне байланысты шыныдан нығайтылған полимер олар өз өнімдерінің көп бөлігі үшін пайдаланылды.

Құрылыс инжинирингі

Қосымша ақпарат: FRP құрылымдық қосымшалары

CFRP танымал материалға айналды құрылымдық инженерия қосымшалар. Құрылыстағы пайдасы туралы академиялық тұрғыдан зерттеген ол бетон, қалау, болат, шойын және ағаш құрылымдарын нығайтатын бірқатар далалық қосымшаларда өзін-өзі үнемдейді. Өнеркәсіпте оны қолданыстағы құрылымды күшейту үшін немесе жобаның басынан бастап болаттың орнына балама арматураланатын (немесе алдын-ала кернейтін) материал ретінде пайдалануға болады.

Күшейту құрылыс материалдары материалдарының көбірек қолданылуына айналды, және қосымшаларға ескі құрылымдардың жүк көтергіштігін арттыру кіреді (мысалы көпірлер ) олар қазіргі кездегіден әлдеқайда төмен қызмет жүктемелеріне, сейсмикалық күшейтуге және бұзылған құрылымдарды жөндеуге арналған. Қайта жабдықтау көптеген жағдайларда танымал, себебі жетіспейтін құрылымды ауыстыру құны CFRP көмегімен нығайту бағасынан едәуір асып түсуі мүмкін.[21]

Иілу үшін темірбетон конструкцияларына қолданылатын CFRP әдетте беріктікке үлкен әсер етеді (қиманың екі есе немесе одан да көп күші сирек емес), бірақ тек қаттылықтың орташа өсуі (мүмкін 10% өсу). Бұл қосымшада қолданылатын материал әдетте өте берік болғандықтан (мысалы, 3000 МПа максималды) беріктік шегі, жұмсақ болаттан 10 еседен көп), бірақ қатты емес (150-ден 250 ГПа-ға дейін, болаттан сәл аз). Нәтижесінде материалдың көлденең қимасының шағын учаскелері ғана қолданылады. Өте жоғары беріктігі бар, бірақ орташа қаттылық материалы бар шағын аудандар беріктігін едәуір арттырады, бірақ қаттылық емес.

Сондай-ақ, CFRP матаны немесе талшықтарды нығайтылатын бөлікке орау арқылы темірбетонның ығысу күшін арттыру үшін қолданыла алады. Секциялардың айналасында орау (мысалы, көпір немесе ғимарат бағаналары) секцияның созылғыштығын күшейтіп, жер сілкінісі кезінде құлауға төзімділікті едәуір арттырады. Мұндай «сейсмикалық күшейту» жер сілкінісі қаупі бар аудандарда басты қолдану болып табылады, өйткені бұл балама әдістерге қарағанда әлдеқайда үнемді.

Егер баған дөңгелек болса (немесе шамамен) осьтік сыйымдылықтың ұлғаюына орау арқылы да қол жеткізіледі. Бұл қолданбада CFRP орамасының ұсталуы бетонның сығылу беріктігін күшейтеді. Алайда, шөгудің соңғы жүктемесінде үлкен өсулерге қол жеткізілгенімен, бетон аздап күшейтілген жүктеме кезінде жарылып кетеді, яғни бұл қосымша кейде ғана қолданылады. Маман ультра жоғары модулі CFRP (созылу модулі 420 ГПа немесе одан жоғары) - шойын арқалықтарын нығайтудың бірнеше практикалық әдістерінің бірі. Әдетте, ол қиманың қаттылық фланецімен байланыстырылады, әрі қиманың қаттылығын жоғарылатады, әрі бейтарап ось, осылайша шойынның максималды созылу кернеуін айтарлықтай төмендетеді.

АҚШ-та алдын-ала кернеулі цилиндрлік құбырлар (PCCP) су жіберетін магистральдардың басым көпшілігін құрайды. Диаметрлерінің үлкендігіне байланысты PCCP-нің істен шығуы әдетте апатты болып табылады және үлкен популяцияларға әсер етеді. 1940 - 2006 жылдар аралығында шамамен 19000 миль (31000 км) PCCP орнатылды. Сутектің сынуы түріндегі коррозия көптеген PCCP желілеріндегі кернеу алдындағы сымдардың біртіндеп нашарлауына себеп болды. Соңғы онжылдықта CFRP-ді PCCP-дің ішкі желісі үшін пайдаланды, нәтижесінде толық құрылымдық нығайту жүйесі пайда болды. PCCP желісінің ішінде CFRP лайнері негізгі құбырдағы болат цилиндр бастан өткізетін деформация деңгейін басқаратын тосқауыл рөлін атқарады. Композиттік лайнер болат цилиндрге құбырдың ұзақ мерзімді жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін оның серпімді диапазонында жұмыс істеуге мүмкіндік береді. CFRP лайнерінің конструкциялары лайнер мен хост құбыры арасындағы штаммдардың үйлесімділігіне негізделген.[22]

CFRP - құрылыс индустриясындағы аналогтарына қарағанда қымбат материал, шыны талшықпен нығайтылған полимер (GFRP) және арамидті талшықпен нығайтылған полимер (AFRP), дегенмен CFRP, жалпы алғанда, жоғары қасиеттерге ие деп саналады. CFRP-ді күшейту үшін де, арматуралық немесе алдын-ала кернеу материалы ретінде болатқа балама ретінде қолдану бойынша да көптеген зерттеулер жүргізілуде. Құны проблема болып қалады және ұзақ мерзімділікке қатысты сұрақтар әлі де бар. Кейбіреулер болаттың икемділігіне қарағанда, CFRP-нің сынғыш сипатына алаңдайды. Американдық бетон институты сияқты жобалау кодтарын жасағанымен, инженерлік қауымдастықта осы баламалы материалдарды іске асыруда біраз дүдәмалдық бар. Бір жағынан, бұл стандарттаудың болмауына және нарықтағы талшық пен шайыр комбинацияларының меншікті сипатына байланысты.

Көміртекті талшықты микроэлектродтар

Көміртекті талшықтар көміртекті талшықтарды дайындау үшін қолданылады микроэлектродтар. Бұл қосымшада, әдетте, диаметрі 5-7 мкм болатын бір көміртекті талшық шыны капиллярмен тығыздалады.[23] Ұшында капилляр эпоксидпен тығыздалады және жылтыратылып, көміртекті талшықты дискілі микроэлектрод жасалады немесе талшық 75-150 мкм ұзындықта кесіліп, көміртекті талшықты цилиндр электродын жасайды. Көміртекті талшықты микроэлектродтар кез-келген жағдайда қолданылады амперометрия немесе циклдық вольтамметрияны жылдам сканерлеу биохимиялық сигнал беруді анықтау үшін.

Спорт тауарлары

Көміртекті талшық және Кевлар каноэ (Placid Boatworks Rapidfire Классикалық Adirondack )

CFRP қазір спорттық жабдықтарда кеңінен қолданылады, мысалы, асқабақ, теннис және бадминтон ракеткалары, спорттық батпырауық шпандар, жоғары сапалы жебелер, хоккей таяқшалары, қармақ, серфинг тақталары, жоғары деңгейдегі жүзгіштер және ескек есу раковиналар. Сияқты ампута спортшылары Джонни Пикок жүгіру үшін көміртекті талшықтың жүздерін қолданыңыз. Ол кейбіреулерінде жіңішке тәрелке ретінде қолданылады баскетбол Аяқтың тұрақтылығын қамтамасыз ететін кроссовкалар, әдетте аяқ киімнің ұзындығы табаннан сәл жоғары жүреді және кейбір жерлерде, әдетте доғада қалады.

Даулы мәселе бойынша, 2006 жылы крикет жарқанаттары артында жұқа көміртекті-талшықты қабаты бар және бәсекелі матчтарда жоғары деңгейлі ойыншылармен енгізілді және қолданылды Рики Понтинг және Майкл Хусси. Көміртек талшығы жарқанаттардың беріктігін жоғарылатады деп мәлімделген, бірақ оған бірінші сыныптағы барлық матчтарға тыйым салынған ICC 2007 жылы.[24]

CFRP велосипед жақтауы салмағы біреуінен аз болат, алюминий, немесе титан бірдей күшке ие. Көміртекті-талшықтан тоқудың түрі мен бағыты қажетті бағыттар бойынша қаттылықты максималды етуге арналған. Әр түрлі шабандоздарды шешуге арналған рамаларды реттеуге болады: спринт оқиғалары қатаң жақтауды қажет етеді, ал төзімділік оқиғалары ұзақ уақыт бойы шабандозға ыңғайлы болу үшін икемді кадрларды қажет етуі мүмкін.[25] Оны салуға болатын әртүрлі пішіндер қаттылықты одан әрі арттырады, сонымен қатар оған мүмкіндік береді аэродинамикалық түтік бөлімдері. CFRP шанышқылар аспалы шанышқылар мен рульдерді қоса алғанда, руль, қауіпсіздік белдіктері, және иінді қолдар орташа және жоғары велосипедтерде жиі кездеседі. CFRP жиектер қымбат болып қалады, алайда олардың алюминиймен салыстырғанда тұрақтылығы дөңгелекті шынайылау қажеттілігін азайтады, ал масса азаяды инерция моменті доңғалақтың. CFRP спицалары сирек кездеседі және көміртекті дөңгелектердің көпшілігі дәстүрлі тот баспайтын болаттан тұрады. CFRP басқа компоненттерде де бар, мысалы, қозғалтқыш бөлшектері, тежегіш және ауыстырғыш тетіктері мен шанағы, кассета тісті доңғалақ тасымалдаушылары, аспалы байланыстар, дискілі тежегіш роторлар, педальдар, аяқ киімнің табандары және рельстер. Күшті және жеңіл болғанымен, соққы, шамадан тыс бұрау немесе дұрыс орнатылмаған CFRP компоненттері бұзылулар мен бұзылуларға әкелді, оларды жөндеу қиын немесе мүмкін емес.[26][27]

Басқа қосымшалар

Полимерлердің және термотүсірілген композиттердің отқа төзімділігі едәуір жақсарады, егер көміртек талшықтарының жұқа қабаты жер бетіне жақын жерде қалыпталған болса, өйткені көміртек талшықтарының тығыз, ықшам қабаты жылуды тиімді түрде көрсетеді.[28]

CFRP қаттылық пен аз салмақты қажет ететін жоғары санаттағы өнімдер санында көбірек қолданылады, оларға мыналар жатады:

  • Скрипка садақтарын қоса музыкалық аспаптар; гитара таңдаушылары, мойындары (көміртекті талшықтардың штангалары) және күзетшілер; барабан снарядтары; сиқыршылар; сияқты бүкіл музыкалық аспаптар Луис пен Кларк көміртекті талшықтар целлюлоза, альт және скрипкалар; және Blackbird гитаралары 'акустикалық гитара және укулель; сонымен қатар бұрылмалы үстелдер мен дауыс зорайтқыштар сияқты аудио компоненттер.
  • Атыс қаруы оны белгілі бір металл, ағаш және шыны талшықтардың бөлшектерін ауыстыру үшін пайдаланады, бірақ көптеген ішкі бөліктер металл қорытпаларымен шектеледі, өйткені қазіргі кездегі күшейтілген пластмассалар жарамсыз.
  • Жоғары өнімді дрондар және басқа радио басқарылатын көлік құралдары мен тікұшақ роторларының жүздері сияқты ұшақтардың компоненттері.
  • Жеңіл тіректер: штативті аяқтар, шатырлар, қармақ, бильярдқа арналған таяқшалар, таяқшалар және терезе тазалауға арналған биік тіректер.
  • Стоматология, көміртекті талшықтардың тіректері тамырдың өңделген тістерін қалпына келтіруде қолданылады.
  • Теміржол пойызы боги жолаушыларға қызмет көрсету үшін. Бұл салмақты металдармен салыстырғанда 50% -ға дейін азайтады, бұл энергияны үнемдеуге ықпал етеді.[29]
  • Ноутбук қабықшалары және басқа да жоғары өнімділік жағдайлары.
  • Көміртектен тоқылған маталар.[30][31]
  • Садақ ату, көміртекті талшықтардың жебелері мен болттары, қойма және рельс.
  • 3D балқытылған шөгінділерді модельдеу басып шығару процесінің жіптері ретінде көміртекті талшықпен нығайтылған пластик (полиамидті-көміртекті жіп) беріктігі мен жыртылуының ұзындығына байланысты берік, бірақ жеңіл құралдар мен бөлшектерді шығаруда қолданылады.[32]
  • Орталықтандырылған жылу құбырларын қалпына келтіру, CIPP әдісін қолданады.

Кәдеге жарату және қайта өңдеу

CFRP күн сәулесінен қорғалған кезде ұзақ қызмет етеді. CFRP-ді тоқтату уақыты келгенде, оларды көптеген металдар сияқты ауада еріту мүмкін емес. Винилден босатылған кезде (ПВХ немесе поливинилхлорид ) және басқа галогенденген полимерлер, CFRPs арқылы термиялық ыдырауға болады термиялық деполимеризация оттегісіз ортада. Мұны зауытта бір сатылы процесте жүзеге асыруға болады. Көміртекті және мономерлерді ұстап қалу және қайта пайдалану мүмкін болады. CFRP-ді көміртегі талшығын қалпына келтіру үшін төмен температурада фрезерлеуге немесе ұсақтауға болады; дегенмен, бұл процесс талшықтарды қатты қысқартады. Дәл сол сияқты велосипедпен қағаз, қысқартылған талшықтар қайта өңделген материалдың бастапқы материалға қарағанда әлсіз болуына әкеледі. Толық ұзындықтағы көміртекті талшықты арматураның беріктігін қажет етпейтін көптеген өндірістік қосымшалар бар. Мысалы, қалпына келтірілген көміртекті талшықты ноутбук сияқты тұрмыстық электроникада қолдануға болады. Бұл аэроғарыштық компоненттің салмақ пен салмақ қатынасы болмаса да қолданылатын полимерлерді керемет күшейтуді қамтамасыз етеді.

Көміртекті нанотүтікті күшейтілген полимер (CNRP)

2009 жылы, Zyvex Technologies көміртекті нанотрубикамен күшейтілген эпоксидті және көміртекті енгізді алдын-ала дайындықтар.[33] Көміртекті нанотүтік күшейтілген полимер (CNRP) CFRP-ге қарағанда бірнеше есе берік және берік [34] және қолданылады Lockheed Martin F-35 Lightning II ұшақтарға арналған құрылымдық материал ретінде.[35] CNRP әлі күнге дейін негізгі арматура ретінде көміртекті талшықты қолданады,[36] бірақ байланыстырушы матрица - көміртегі нанотрубкаға толтырылған эпоксид.[37]

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ а б Нгуен, Динь; Абдулла, Мұхаммед Сайем Бин; Хаварми, Райан; Ким, Дэйв; Квон, Патрик (2020). «Көміртекті талшықпен нығайтылған пластмасса (CFRP) ламинатының жиектерін кесу кезінде құралдың тозуына талшыққа бағытталудың әсері». Кию. Elsevier B.V. 450–451: 203213. дои:10.1016 / j.wear.2020.203213. ISSN  0043-1648.
  2. ^ Копелиович, Дмитрий. «Көміртекті талшықпен нығайтылған полимерлі композиттер». Мұрағатталды 2012 жылғы 14 мамырдағы түпнұсқадан.. substech.com
  3. ^ Корум, Дж. М .; Батисте, Р.Л .; Лю, К. Ruggles, M. B. (ақпан 2000). «Көміртекті-талшықты композициялық анықтамалық негізгі қасиеттері, ORNL / TM-2000/29, Pub57518» (PDF). Oak Ridge ұлттық зертханасы. Мұрағатталды (PDF) түпнұсқасынан 2016 жылғы 27 желтоқсанда.
  4. ^ а б c Кортни, Томас (2000). Материалдардың механикалық мінез-құлқы. Америка Құрама Штаттары: Waveland Press, Inc. 247–249 бет. ISBN  1-57766-425-6.
  5. ^ а б c г. e f Чавла, Кришан (2013). Композициялық материалдар. Америка Құрама Штаттары: Springer. ISBN  978-0-387-74364-6.
  6. ^ Ray, B.C (1 маусым 2006). «Шыны және көміртекті талшықтардың арматураланған эпоксидті композицияларына ылғалды қартаю кезіндегі температураның әсері». Коллоид және интерфейс туралы журнал. 298 (1): 111–117. Бибкод:2006 JCIS..298..111R. дои:10.1016 / j.jcis.2005.12.023. PMID  16386268.
  7. ^ Алмудайхеш, Фейзель; Холфорд, Карен; Пуллин, Рис; Итон, Марк (1 ақпан 2020). «Су сіңірудің бір бағытты және 2D тоқылған CFRP композицияларына әсері және олардың механикалық өнімділігі». Композициялар B бөлімі: Инженерлік. 182: 107626. дои:10.1016 / j.compositesb.2019.107626. ISSN  1359-8368.
  8. ^ Гусман, Энрике; Кугнони, Джоэль; Gmür, Thomas (мамыр 2014). «Қоршаған ортаның қартаюына ұшыраған көміртекті талшықтың / эпоксидті композиттің көп факторлы модельдері». Композициялық құрылымдар. 111: 179–192. дои:10.1016 / j.compstruct.2013.12.028.
  9. ^ Скотт, Алвин (25 шілде 2015). «Боинг 787 шығынды тоқтату үшін қымбат титанға қарайды». www.stltoday.com. Reuters. Мұрағатталды түпнұсқадан 2017 жылғы 17 қарашада. Алынған 25 шілде 2015.
  10. ^ «Бұл қалай жасалған». Золтек. Мұрағатталды түпнұсқадан 2015 жылғы 19 наурызда. Алынған 26 наурыз 2015.
  11. ^ «Көшбасшылық ету: A350XWB презентациясы» (PDF). EADS. Желтоқсан 2006. Түпнұсқадан мұрағатталған 27 наурыз 2009 ж.CS1 maint: жарамсыз url (сілтеме)
  12. ^ «AERO - Boeing 787 жерден». Боинг. 2006 ж. Мұрағатталды түпнұсқадан 2015 жылғы 21 ақпанда. Алынған 7 ақпан 2015.
  13. ^ Пора, Жером (2001). «Airbus A380 құрамындағы материалдар - тарихтан болашаққа» (PDF). Airbus. Мұрағатталды (PDF) түпнұсқадан 2015 жылғы 6 ақпанда. Алынған 7 ақпан 2015.
  14. ^ Гусман, Энрике; Gmür, Thomas (реж.) (2014). «Толық масштабты CFRP құрылымдарының денсаулығын бақылаудың жаңа әдісі» (PDF). EPFL кандидаттық диссертациясы. дои:10.5075 / epfl-тезис-6422. Мұрағатталды (PDF) түпнұсқадан 2016 жылғы 25 маусымда. Журналға сілтеме жасау қажет | журнал = (Көмектесіңдер)
  15. ^ «Қозғалтқыштар». Халықаралық рейс. 26 қыркүйек 1968 ж. Мұрағатталды түпнұсқасынан 14 тамыз 2014 ж.
  16. ^ «Red Bull компаниясы F1 автокөлік сериясын қалай жасау керек, көміртекті талшықтың қолданылуын түсіндіреді: видео». автотранспорт. Мұрағатталды түпнұсқасынан 2013 жылғы 29 қыркүйекте. Алынған 11 қазан 2013.
  17. ^ Генри, Алан (1999). McLaren: Формула-1 жарыс командасы. Хейнс. ISBN  1-85960-425-0.CS1 maint: ref = harv (сілтеме)
  18. ^ Ховард, Билл (30 шілде 2013). «BMW i3: арзан, жаппай шығарылатын көміртекті талшықтан тұратын автомобильдер ақыр соңында кәмелетке толады». Extreme Tech. Мұрағатталды түпнұсқадан 2015 жылғы 31 шілдеде. Алынған 31 шілде 2015.
  19. ^ Petrány, Máte (17 наурыз 2014). «Мишелин Citroën үшін көміртекті талшық дөңгелектерін 1971 жылы жасаған». Джалопник. Мұрағатталды түпнұсқадан 2015 жылғы 18 мамырда. Алынған 31 шілде 2015.
  20. ^ L: aChance, David (сәуір 2007). «Дөңгелекті қайта ойлап табу әлемдегі алғашқы шайыр дөңгелектерін нарыққа шығаруды Citroën-ге қалдырыңыз». Хеммингтер. Мұрағатталды түпнұсқадан 2015 жылғы 6 қыркүйекте. Алынған 14 қазан 2015.
  21. ^ Исмаил, Н. «CFRP композиттерін қолдану арқылы көпірлерді нығайту.» najif.net.
  22. ^ Рахман, С. (қараша 2008). «Бетон цилиндрінің алдын ала кернелген құбырларындағы ақауларға қиналмаңыз». Opflow журналы. 34 (11): 10–15. дои:10.1002 / j.1551-8701.2008.tb02004.x. Мұрағатталды түпнұсқадан 2015 жылғы 2 сәуірде.
  23. ^ Пайк, Каролин М .; Грабнер, Чад П .; Харкинс, Эми Б. (4 мамыр 2009). «Амперометриялық электродтар жасау». Көрнекі тәжірибелер журналы (27). дои:10.3791/1040. PMC  2762914. PMID  19415069.
  24. ^ «ICC және Kookaburra көміртекті жарғанатты алып тастауға келіседі». NetComposites. 19 ақпан 2006 ж. Алынған 1 қазан 2018.
  25. ^ «Көміртекті технологиясы». Циклды қараңыз. Мұрағатталды түпнұсқадан 2016 жылғы 30 қарашада. Алынған 30 қараша 2016.
  26. ^ «Прогресс қаупі». Велосипед журналы. 16 қаңтар 2012. мұрағатталған түпнұсқа 2013 жылдың 23 қаңтарында. Алынған 16 ақпан 2013.
  27. ^ «Көміртегі». Мұрағатталды түпнұсқадан 2016 жылғы 30 қарашада. Алынған 30 қараша 2016.
  28. ^ Чжао, З .; Gou, J. (2009). «Көміртекті наноталшықтармен модификацияланған термостет композиттерінің отқа төзімділігі жақсарды». Ғылыми. Технол. Adv. Mater. 10 (1): 015005. Бибкод:2009STAdM..10a5005Z. дои:10.1088/1468-6996/10/1/015005. PMC  5109595. PMID  27877268.
  29. ^ «Көміртекті талшықты арматураланған пластмассалар». Теміржол газеті. 7 тамыз 2016. Мұрағатталды түпнұсқадан 2016 жылғы 8 тамызда. Алынған 9 тамыз 2016.
  30. ^ Ломов, Степан V .; Горбатих, Лариса; Котаньяк, Элько; Койсин, Виталий; Хуль, Матье; Рочес, Оливье; Карахан, Мехмет; Мезцо, Лука; Верпоест, Игнаас (2011 ж. Ақпан). «Көміртекті тоқылған маталардың талшықтарда өсірілген көміртекті нанотүтікшелермен / нанофибралармен сығымдалуы». Композиттер ғылым және технология. 71 (3): 315–325. дои:10.1016 / j.compscitech.2010.11.024.
  31. ^ Ханс, Крейс (2 шілде 2014). «Көміртектен тоқылған маталар». compositesplaza.com. Архивтелген түпнұсқа 2 шілде 2018 ж. Алынған 2 қаңтар 2018.
  32. ^ «Polyamid CF Filament - 3D Druck mit EVO-tech 3D Druckern» [Polyamide CF Filament - EVO-tech 3D принтерлерімен 3D басып шығару] (неміс тілінде). Австрия: EVO-tech. Алынған 4 маусым 2019.
  33. ^ «Zyvex өнімділігі күшейтетін және шығындарды азайтатын нано-жақсартылған желімдер желісін шығарады» (PDF) (Ұйықтауға бару). Zyvex өнімділігі. 9 қазан 2009. мұрағатталған түпнұсқа (PDF) 2012 жылғы 16 қазанда. Алынған 26 наурыз 2015.
  34. ^ Thomas, Daniel J. (1 қыркүйек 2020). «Ғарышты ұшыру жүйесіне арналған гибридті көміртегі нанотүтікті және графенді күшейтілген нанокомпозиттік шайырларды жасау». Өндірістің озық технологиясының халықаралық журналы. 110 (7): 2249–2255. дои:10.1007 / s00170-020-06038-7. ISSN  1433-3015.
  35. ^ Тримбл, Стивен (26 мамыр 2011). «Lockheed Martin нанокомпозиттік құрылымдар үшін F-35-ті ашты». Халықаралық рейс. Мұрағатталды түпнұсқадан 2011 жылғы 30 мамырда. Алынған 26 наурыз 2015.
  36. ^ Позегич, Т.Р .; Джаявардена, K. D. G. I .; Чен, Дж .; Ангита, Дж. В .; Баллокчи, П .; Столоян, V .; Силва, С.Р.П .; Hamerton, I. (1 қараша 2016). «Өлшемсіз көп функционалды көміртекті талшық нанокомпозиттерін әзірлеу». Композиттер А бөлімі: Қолданбалы ғылым және өндіріс. 90: 306–319. дои:10.1016 / j.compositesa.2016.07.012. ISSN  1359-835X.
  37. ^ «AROVEX ™ Nanotube жақсартылған эпоксидті шайырлы көміртекті талшықтың алдын ала құралы - материалдың қауіпсіздік парағы» (PDF). Zyvex өнімділігі. 8 сәуір 2009. мұрағатталған түпнұсқа (PDF) 2012 жылғы 16 қазанда. Алынған 26 наурыз 2015.

Сыртқы сілтемелер