Guia de processament de compostos de fibra de carboni
Composites de fibra de carboni: Guia de processament
El processament de compostos de fibra de carboni (CF) és un negoci complicat, tenint en compte que la majoria dels enginyers que pensen produir o dissenyar provenen d'un bagatge de disseny de peces metàl·liques.s'ha anomenat alumini negre i el seu disseny i fabricació s'han descrit com a art negre.Què és, realment?
L'objectiu d'aquesta guia de disseny és proporcionar informació general i especificacions sobre materials compostos de fibra de carboni i algunes directrius per dissenyar productes lleugers d'alt rendiment amb compostos de fibra de carboni.
Per què fibra de carboni
Els compostos de fibra de carboni tenen propietats mecàniques excepcionals en comparació amb metalls i plàstics homogenis.El material és fort, rígid i lleuger.Aquests compostos són el material escollit per a aplicacions on el rendiment lleuger i superior és primordial, com ara components per a naus espacials, avions de combat i cotxes de carreres.
Què són els compostos de fibra de carboni
Els materials compostos es fabriquen combinant el reforç (fibra) amb la matriu (resina), i aquesta combinació de fibra i matriu proporciona característiques superiors a qualsevol dels materials sols.En un material compost, la fibra porta la majoria de la càrrega i és el principal contribuent a les propietats del material.La resina ajuda a transferir la càrrega entre les fibres, evita que les fibres es deformin i uneix els materials.
Quant costa?
Històricament, els compostos de fibra de carboni han estat molt cars, fet que ha limitat el seu ús només a aplicacions especials.Tanmateix, durant els últims disset anys, a mesura que el consum ha augmentat i l'automatització dels processos de fabricació ha augmentat, el preu dels compostos de fibra de carboni ha baixat.L'efecte combinat ha reduït el cost global dels productes d'alumini de gamma alta.Avui en dia, els compostos de fibra de carboni són econòmicament viables en moltes aplicacions, com ara articles esportius, vaixells de rendiment, vehicles de rendiment i maquinària industrial d'alt rendiment.
Aplicacions
Els materials compostos són extremadament versàtils.L'enginyer pot triar entre una gran varietat de fibres i resines per obtenir les propietats del material desitjades.A més, el gruix del material i les orientacions de la fibra es poden optimitzar per a cada aplicació.
Els avantatges dels compostos de fibra de carboni són:
1. Alta rigidesa específica (rigidesa dividida per densitat)
2. Alta força específica (força dividida per densitat)
3. Coeficient d'expansió tèrmica extremadament baix (CTE)
4. Transparent de raigs X (pel seu baix pes molecular)
En quines aplicacions s'utilitzen els compostos de fibra de carboni?
El posicionament únic dels compostos de fibra de carboni amb alta resistència específica, rigidesa i baix CTE els proporciona un lloc únic en moltes àrees d'aplicació, tal com es mostra a la taula següent:
Aplicacions típiques de compostos de fibra de carboni
Informació de disseny
Els compostos de fibra de carboni es consideren "material del dissenyador" perquè les peces es poden adaptar per tenir força i/o rigidesa en les direccions i ubicacions que siguin necessàries.Això s'aconsegueix col·locant estratègicament els materials i orientant la direcció de la fibra per adaptar-se millor als requisits.A més, la flexibilitat de disseny i fabricació que ofereixen els compostos de fibra de carboni ofereix oportunitats per optimitzar el disseny, com ara consolidar i incorporar moltes característiques in situ, per reduir encara més el preu total de la peça.
Eines
Els motlles s'utilitzen per definir la forma de les peces compostes.La part composta recollirà totes les formes i característiques dels motlles;per tant, la qualitat de la peça està molt influenciada per la qualitat del motlle.Els motlles poden ser masculins o femenins.Els motlles femenins són els més comuns i produiran una peça amb una superfície exterior llisa mentre que un motlle masculí produirà una superfície interior llisa.Si la peça es consolida mitjançant una premsa, és necessari un motlle igualat (mascle i femella).
Eines de dues parts, comunament anomenades "clamshell"
Els motlles es poden fabricar amb materials compostos, epoxi farcits de metall o mecanitzats a partir d'alumini o acer.El tipus de motlle i materials utilitzats depèn del tipus de peça i de la quantitat de producció.
Procés de fabricació
La producció avançada de fibra de carboni es realitza normalment mitjançant la fibra de carboni preimpregnada amb resines termoestables.Els dos mètodes clau utilitzats són:
1. Col·locació de mans
La disposició manual de materials teixits preimpregnats encara és una gran part de la indústria de fabricació de compostos, que requereix les habilitats i l'experiència d'una mà d'obra humana per formar capes planes en formes complexes.És capaç de produir peces complexes i d'alt rendiment, però pot ser un procés car i molt variable.
2. Col·locació de fibra automatitzada (AFP)
Les principals coses a tenir en compte són l'amplada de la fibra que utilitzeu i el radi del rodet de compactació.
