Kakšne so razlike v termoplastičnih kompozitih ogljikovih vlaken pri visokih temperaturah?

Termoplastični kompoziti iz ogljikovih vlaken so novi sestavljeni materiali, sestavljeni iz ojačitve ogljikovih vlaken in termoplastične matrice smole. Ogljikova vlakna kot ojačitev ima značilnosti visoke trdnosti, visoke modula in nizke gostote, kar zagotavlja odlične mehanske lastnosti za sestavljene materiale. Običajno uporabljene termoplastične matrike smole vključujejo polieterterketone (PEEK), polifenilen sulfid (PPS) in poliamid (PA) itd. Te smole dajejo sestavljene materiale dobro plastičnost in recikliranje.

Osnovne lastnosti kompozitov termoplastičnih ogljikovih vlaken vključujejo visoko trdnost, visoko togost, nizko gostoto, korozijsko odpornost in oblikovanje. V primerjavi s termosetskimi kompoziti imajo termoplastični kompoziti boljšo odpornost na udarce, krajši cikel oblikovanja in varljivost. Poleg tega termoplastični kompoziti kažejo boljšo žilavost in toleranco do poškodb pri visokih temperaturah, kar jim daje pomembne prednosti pri uporabi visokega temperature.

Termoplastični kompoziti iz ogljikovih vlaken kažejo odlično mehansko zadrževanje lastnosti v visokih temperaturnih pogojih. Študije so pokazale, da lahko takšni materiali še vedno ohranjajo visoko trdnost in modul tudi v visokih temperaturnih pogojih nad 200 stopinj. Na primer, stopnja zadrževanja moči kompozitov iz ogljikovih vlaken na 200 stopinj lahko doseže več kot 80%, kar je veliko več kot pri tradicionalnih termosetskih kompozitih.

Vpliv visoke temperature na mehanske lastnosti kompozitov termoplastičnih ogljikovih vlaken se odraža predvsem v stopnji mehčanja matrice smole in trdnosti vmesnika. Ko se temperatura povečuje, se modul matrice smole zmanjšuje, kar povzroči zmanjšanje celotne togosti kompozita. Vendar pa je zaradi visoke temperaturne stabilnosti ojačitve ogljikovih vlaken trdnost kompozita razmeroma majhna. Poleg tega lahko razumna izbira matrice smole in optimizacija vmesniškega vezanja učinkovito izboljšata visokotemperaturne mehanske lastnosti kompozita.

Termoplastični kompoziti iz ogljikovih vlaken imajo odlično toplotno stabilnost in odpornost na lezenje pri visokih temperaturah. Toplotna stabilnost se odraža predvsem v dimenzijski stabilnosti in kemični stabilnosti materiala v visokotemperaturnem okolju. Na primer, kompoziti iz ogljikovih vlaken, ki temeljijo na PEEK, se lahko dolgo uporabljajo pri 250 stopinjah, kratkotrajna temperatura uporabe pa lahko doseže nad 300 stopinj in ohrani dobro dimenzijsko stabilnost in kemično inertnost v tem temperaturnem območju.

Odpornost na lezenje je pomemben pokazatelj za merjenje sposobnosti materiala, da se upira deformaciji pri visoki temperaturi in neprekinjeni obremenitvi. Zaradi prisotnosti ojačitve ogljikovih vlaken imajo termoplastični kompoziti ogljikovih vlaken odlično odpornost na lezenje pri visokih temperaturah. Študije so pokazale, da je pri 200 stopinjah in s konstantno obremenitvijo sev plazenja kompozitov iz ogljikovih vlaken na osnovi PEEK bistveno nižji kot pri tradicionalnih kovinskih materialih, hitrost lezenja pa se s časom postopoma zmanjšuje. Zaradi odlične odpornosti na lezenje je kompoziti termoplastičnih ogljikovih vlaken široke možnosti uporabe v visokotemperaturnih strukturah, ki nosijo tovora.

Poleg odličnih mehanskih lastnosti in toplotne stabilnosti imajo termoplastični kompoziti ogljikovih vlaken tudi edinstvene funkcionalne lastnosti pri visokih temperaturah. Prva je električna prevodnost. Ogljikova vlakna ima dobro električno prevodnost, ki kompozitnemu materialu omogoča vzdrževanje stabilne električne prevodnosti pri visokih temperaturah. Ta funkcija omogoča uporabo termoplastičnih kompozitov iz ogljikovih vlaken za statično disipacijo in elektromagnetno zaščito v visokotemperaturnih okoljih.

Druga je toplotna prevodnost. Čeprav je toplotna prevodnost matrice smole slaba, visoka toplotna prevodnost ogljikovih vlaken naredi kompozitni material kot celota dobro toplotno prevodnost. Ta toplotna prevodnost v visokotemperaturnem okolju pomaga hitro difuzijo toplote, preprečuje lokalno pregrevanje in izboljša varnost materiala.

Zadnja je zmogljivost elektromagnetnega zaščite. Prevodna omrežna struktura ogljikovih vlaken omogoča termoplastičnim kompozitim ogljikovih vlaken za vzdrževanje dobrih elektromagnetnih zaščitnih učinkov pri visokih temperaturah. Študije so pokazale, da tudi pri visoki temperaturi 200 stopinj lahko kompoziti iz ogljikovih vlaken na osnovi PEEK še vedno vzdržujejo učinkovitost elektromagnetne zaščite več kot 60 dB, kar je veliko več kot tradicionalni kovinski materiali