Trong số nhiều vật liệu, vật liệu tổng hợp sợi carbon (CFRP) ngày càng được chú ý nhiều hơn nhờ độ bền riêng tuyệt vời, độ cứng riêng, khả năng chống ăn mòn và khả năng chống mỏi.
Các đặc tính khác nhau giữa vật liệu tổng hợp sợi carbon và vật liệu kim loại cũng mang đến cho các kỹ sư những ý tưởng thiết kế khác nhau.
Sau đây sẽ là sự so sánh đơn giản giữa vật liệu tổng hợp sợi carbon và các đặc tính, sự khác biệt của kim loại truyền thống.
1. Độ cứng riêng và cường độ riêng
So với vật liệu kim loại, vật liệu sợi carbon có trọng lượng nhẹ, cường độ riêng cao và độ cứng riêng.Mô đun của sợi carbon gốc nhựa cao hơn so với hợp kim nhôm và độ bền của sợi carbon gốc nhựa cao hơn nhiều so với hợp kim nhôm.
2. Khả năng thiết kế
Các vật liệu kim loại thường đều có cùng giới tính, có hiện tượng chảy dẻo hoặc có điều kiện.Và sợi carbon một lớp có khả năng định hướng rõ ràng.
Các đặc tính cơ học dọc theo hướng sợi cao hơn 1 ~ 2 bậc so với các đặc tính dọc theo hướng sợi dọc và các đặc tính cắt dọc và ngang, đồng thời các đường cong ứng suất-biến dạng là đàn hồi tuyến tính trước khi đứt.
Do đó, vật liệu sợi carbon có thể chọn góc đặt, tỷ lệ đặt và trình tự đặt của lớp đơn thông qua lý thuyết tấm cán.Theo đặc điểm phân bố tải trọng, độ cứng và hiệu suất cường độ có thể đạt được theo thiết kế, trong khi vật liệu kim loại truyền thống chỉ có thể được làm dày.
Đồng thời, có thể đạt được độ cứng và độ bền cần thiết trong mặt phẳng cũng như độ cứng khớp nối trong mặt phẳng và ngoài mặt phẳng duy nhất.
3. Chống ăn mòn
So với vật liệu kim loại, vật liệu sợi carbon có khả năng kháng axit và kiềm mạnh.Sợi carbon là một cấu trúc vi tinh thể tương tự như tinh thể than chì được hình thành bằng quá trình than chì hóa ở nhiệt độ cao 2000-3000 ° C, có khả năng chống ăn mòn trung bình cao, trong axit clohydric lên đến 50%, axit sunfuric hoặc axit photphoric, mô đun đàn hồi, sức mạnh và đường kính về cơ bản không thay đổi.
Vì vậy, với tư cách là vật liệu gia cố, sợi carbon có đủ đảm bảo về khả năng chống ăn mòn, nhựa ma trận khác nhau có khả năng chống ăn mòn khác nhau.
Giống như epoxy được gia cố bằng sợi carbon thông thường, epoxy có khả năng chống chịu thời tiết tốt hơn mà vẫn duy trì được độ bền tốt.
4. Chống mệt mỏi
Biến dạng nén và mức độ biến dạng cao là những yếu tố chính ảnh hưởng đến đặc tính mỏi của vật liệu tổng hợp sợi carbon.Các đặc tính mỏi thường phải chịu các thử nghiệm độ mỏi dưới áp suất (R = 10) và áp suất kéo (r = -1), trong khi các vật liệu kim loại phải chịu các thử nghiệm độ mỏi kéo dưới áp suất (R = 0,1).So với các bộ phận kim loại, đặc biệt là các bộ phận hợp kim nhôm, các bộ phận bằng sợi carbon có đặc tính mỏi tuyệt vời.Trong lĩnh vực khung gầm ô tô, v.v., vật liệu tổng hợp sợi carbon có lợi thế ứng dụng tốt hơn.Đồng thời, hầu như không có hiệu ứng khía trên sợi carbon.Đường cong SN của thử nghiệm có khía giống như đường cong của thử nghiệm không có khía trong toàn bộ vòng đời của hầu hết các tấm sợi carbon.
5. Khả năng phục hồi
Hiện nay, ma trận sợi carbon trưởng thành được làm bằng nhựa nhiệt rắn, rất khó chiết xuất và sử dụng lại sau khi xử lý và liên kết ngang.Do đó, khó khăn trong việc thu hồi sợi carbon là một trong những điểm nghẽn của phát triển công nghiệp, đồng thời cũng là vấn đề kỹ thuật cần được giải quyết khẩn cấp để ứng dụng trên quy mô lớn.Hiện nay, hầu hết các phương pháp tái chế trong và ngoài nước đều có chi phí cao và khó công nghiệp hóa.Sợi carbon Walter đang tích cực khám phá các giải pháp tái chế, đã hoàn thành một số mẫu sản xuất thử nghiệm, hiệu quả thu hồi tốt, với điều kiện sản xuất hàng loạt.
Phần kết luận
So với vật liệu kim loại truyền thống, vật liệu sợi carbon có những ưu điểm vượt trội về tính chất cơ học, trọng lượng nhẹ, khả năng thiết kế và khả năng chống mỏi.Tuy nhiên, hiệu quả sản xuất và khả năng phục hồi khó khăn vẫn là những trở ngại cho việc ứng dụng tiếp theo.Người ta tin rằng sợi carbon sẽ được sử dụng ngày càng nhiều cùng với sự đổi mới của công nghệ và quy trình.
Thời gian đăng: Jul-07-2021