Koje su razlike kompozita termoplastičnih ugljičnih vlakana na visokim temperaturama?

Termoplastični kompoziti ugljičnih vlakana su novi kompozitni materijali sastavljeni od ojačanja ugljičnih vlakana i matrice termoplastične smole. Ugljična vlakna kao ojačanje ima karakteristike visoke čvrstoće, visokog modula i male gustoće, pružajući izvrsna mehanička svojstva za kompozitne materijale. Uobičajeno korištene matrice termoplastične smole uključuju polieterterketon (PEEK), polifenilen sulfid (PPS) i poliamid (PA) itd. Ove smole daju kompozitnim materijalima dobru plastičnost i recikliranje.

Osnovna svojstva kompozita termoplastičnih ugljičnih vlakana uključuju visoku čvrstoću, visoku krutost, nisku gustoću, otpornost na koroziju i određivanje. U usporedbi s kompozitima termoosetiranja, termoplastični kompoziti imaju bolji otpor udara, kraći ciklus oblikovanja i zavarivost. Osim toga, termoplastični kompoziti pokazuju bolju žilavost i toleranciju na oštećenja na visokim temperaturama, što im daje značajne prednosti u primjeni visokih temperatura.

Termoplastični kompoziti ugljičnih vlakana pokazuju izvrsno zadržavanje mehaničkog svojstva u uvjetima visoke temperature. Studije su pokazale da takvi materijali i dalje mogu održavati visoku čvrstoću i modul čak i u uvjetima visoke temperature iznad 200 stupnjeva. Na primjer, brzina zadržavanja čvrstoće kompozita ugljičnih vlakana na bazi PEEK-a na 200 stupnjeva može dostići više od 80%, što je mnogo veće od brzine tradicionalnih termoosetičnih kompozita.

Učinak visoke temperature na mehanička svojstva kompozita termoplastičnih ugljičnih vlakana uglavnom se odražava na stupanj omekšavanja matrice smole i čvrstoću vezanja sučelja. Kako se temperatura povećava, modul matrice smole smanjuje se, što rezultira smanjenjem ukupne krutosti kompozita. Međutim, zbog stabilnosti visoke temperature ojačanja ugljičnih vlakana, smanjenje čvrstoće kompozita je relativno mali. Pored toga, razuman izbor matrice smole i optimizacija vezanja sučelja mogu učinkovito poboljšati mehanička svojstva visoke temperature kompozita.

Termoplastični kompoziti ugljičnih vlakana pokazuju izvrsnu toplinsku stabilnost i otpornost na puzanje na visokim temperaturama. Toplinska stabilnost uglavnom se odražava na dimenzionalnu stabilnost i kemijsku stabilnost materijala u okruženju visoke temperature. Na primjer, kompoziti od ugljičnih vlakana na bazi PEEK-a mogu se dugo koristiti na 250 stupnjeva, a temperatura kratkoročne uporabe može doseći iznad 300 stupnjeva i održavati dobru dimenzionalnu stabilnost i kemijsku inerciju unutar ovog temperaturnog raspona.

Otpornost na puzanje važan je pokazatelj za mjerenje sposobnosti materijala da se odupire deformaciji pod visokom temperaturom i kontinuiranim opterećenjem. Zbog prisutnosti ojačanja ugljičnih vlakana, kompoziti termoplastičnih ugljičnih vlakana pokazuju izvrsnu otpornost na puzanje pri visokim temperaturama. Studije su pokazale da je pri 200 stupnjeva i stalnog opterećenja soj puzanja kompozita ugljičnih vlakana na bazi PEEK-a značajno niži od brzine tradicionalnih metalnih materijala, a brzina puzanja postupno se smanjuje s vremenom. Ova izvrsna otpornost na puzanje čini da kompoziti termoplastičnih ugljičnih vlakana imaju široke izglede za primjenu u strukturama s visokim temperaturama.

Pored izvrsnih mehaničkih svojstava i toplinske stabilnosti, kompoziti termoplastičnih ugljičnih vlakana također pokazuju jedinstvena funkcionalna svojstva na visokim temperaturama. Prva je električna vodljivost. Sama od ugljičnih vlakana ima dobru električnu vodljivost, što omogućava kompozitnom materijalu da održava stabilnu električnu vodljivost na visokim temperaturama. Ova značajka omogućuje da se kompoziti termoplastičnih ugljičnih vlakana koriste za statičko rasipanje i elektromagnetsko zaštitu u okruženjima s visokim temperaturama.

Drugi je toplinska vodljivost. Iako je toplinska vodljivost matrice smole loša, visoka toplinska vodljivost ugljičnih vlakana čini kompozitni materijal u cjelini dobru toplinsku vodljivost. U okruženju s visokom temperaturom, ta toplinska vodljivost pomaže brzoj difuziji topline, sprječava lokalno pregrijavanje i poboljšava sigurnost materijala.

Posljednja je učinkovitost elektromagnetskog zaštite. Provodljiva mreža ugljičnih vlakana omogućuje kompozitima termoplastičnih ugljičnih vlakana da održavaju dobre elektromagnetske oklopne efekte na visokim temperaturama. Studije su pokazale da čak i na visokoj temperaturi od 200 stupnjeva, kompoziti od ugljičnih vlakana na bazi PEEK-a i dalje mogu održavati učinkovitost elektromagnetskog oklopa više od 60dB, što je mnogo veće od tradicionalnih metalnih materijala