Gids voor verwerking van koolstofvezelcomposieten
Koolstofvezelcomposieten: verwerkingsgids
Het verwerken van composieten van koolstofvezel (CF) is een lastige zaak, aangezien de meeste ingenieurs die denken aan produceren of ontwerpen, afkomstig zijn uit het ontwerpen van metalen onderdelen.het wordt zwart aluminium genoemd en het ontwerp en de fabricage zijn beschreven als zwarte kunst.Wat is het eigenlijk?
Het doel van deze ontwerpgids is om algemene informatie en specificaties te geven over koolstofvezelcomposietmaterialen en enkele richtlijnen voor het ontwerpen van lichtgewicht hoogwaardige producten met koolstofvezelcomposieten.
Waarom koolstofvezel?
Koolstofvezelcomposieten hebben uitzonderlijke mechanische eigenschappen in vergelijking met homogene metalen en kunststoffen.Het materiaal is sterk, stijf en lichtgewicht.Deze composieten zijn het materiaal bij uitstek voor toepassingen waar lichtgewicht en superieure prestaties voorop staan, zoals componenten voor ruimtevaartuigen, jachtvliegtuigen en raceauto's.
Wat zijn koolstofvezelcomposieten?
Composietmaterialen worden gemaakt door versterking (vezel) te combineren met matrix (hars), en deze combinatie van de vezel en matrix biedt eigenschappen die superieur zijn aan elk van de materialen alleen.In een composietmateriaal draagt de vezel het grootste deel van de belasting en levert deze de belangrijkste bijdrage aan de materiaaleigenschappen.De hars helpt de belasting tussen vezels over te dragen, voorkomt dat de vezels gaan knikken en bindt de materialen aan elkaar.
Hoeveel het kost?
Historisch gezien waren koolstofvezelcomposieten erg duur, waardoor het gebruik ervan beperkt bleef tot speciale toepassingen.In de afgelopen zeventien jaar is de prijs van koolstofvezelcomposieten echter gedaald, aangezien het verbruik is toegenomen en de automatisering in productieprocessen is toegenomen.Het gecombineerde effect heeft de totale kosten van hoogwaardige aluminiumproducten verlaagd.Tegenwoordig zijn koolstofvezelcomposieten economisch levensvatbaar in veel toepassingen, zoals sportartikelen, prestatieboten, prestatievoertuigen en hoogwaardige industriële machines.
Toepassingen
Composietmaterialen zijn extreem veelzijdig.De ingenieur kan kiezen uit een grote verscheidenheid aan vezels en harsen om de gewenste materiaaleigenschappen te verkrijgen.Ook kunnen de materiaaldikte en vezeloriëntaties voor elke toepassing worden geoptimaliseerd.
De voordelen van koolstofvezelcomposieten zijn:
1. Hoge specifieke stijfheid (stijfheid gedeeld door dichtheid)
2. Hoge specifieke sterkte (sterkte gedeeld door dichtheid)
3. Extreem lage thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE)
4. X-ray transparant (vanwege het lage molecuulgewicht)
In welke toepassingen worden koolstofvezelcomposieten gebruikt?
De unieke positionering van de koolstofvezelcomposieten met een hoge specifieke sterkte, stijfheid en lage CTE geeft ze een unieke plaats in veel toepassingsgebieden zoals weergegeven in onderstaande tabel:
Typische toepassingen voor koolstofvezelcomposieten
Ontwerpinformatie
Koolstofvezelcomposieten worden beschouwd als "designermateriaal" omdat de onderdelen kunnen worden aangepast om sterkte en/of stijfheid te hebben in de richtingen en locaties die nodig zijn.Dit wordt bereikt door het strategisch plaatsen van materialen en het oriënteren van de vezelrichting om het beste aan de vereisten te voldoen.Ook biedt de ontwerp- en fabricageflexibiliteit die koolstofvezelcomposieten bieden mogelijkheden om het ontwerp te optimaliseren, zoals consolidatie en integratie van vele functies in-situ, om de totale onderdeelprijs verder te verlagen.
gereedschap
Mallen worden gebruikt om de vorm van de samengestelde onderdelen te bepalen.Het composietdeel zal alle vormen en kenmerken van de mallen opnemen;daarom wordt de kwaliteit van het onderdeel sterk beïnvloed door de kwaliteit van de mal.De mallen kunnen mannelijk of vrouwelijk zijn.De vrouwelijke mallen zijn de meest voorkomende en ze zullen een onderdeel produceren met een glad buitenoppervlak, terwijl een mannelijke mal een glad binnenoppervlak zal produceren.Een op elkaar afgestemde mal (mannelijk en vrouwelijk) is vereist als het onderdeel wordt verstevigd met behulp van een pers.
Tweedelige tooling, gewoonlijk een "clamshell" genoemd
De mallen kunnen worden gemaakt met composietmaterialen, met metaal gevulde epoxy of gefreesd uit aluminium of staal.Het type matrijs en gebruikte materialen is afhankelijk van het type onderdeel en de productiehoeveelheid.
Productieproces
Geavanceerde koolstofvezelproductie wordt meestal uitgevoerd met behulp van de vooraf geïmpregneerde koolstofvezel met thermohardende harsen.De twee belangrijkste methoden die worden gebruikt zijn:
1. Handopstelling
Het met de hand opleggen van voorgeïmpregneerde geweven materialen is nog steeds een groot deel van de composietproductie-industrie, en vereist de vaardigheden en ervaring van een menselijk personeelsbestand om platte lagen in complexe vormen te vormen.Het is in staat om hoogwaardige en complexe onderdelen te produceren, maar kan een duur en zeer variabel proces zijn.
2. Geautomatiseerde vezelplaatsing (AFP)
De belangrijkste dingen om te overwegen zijn de breedte van de vezel die u gebruikt en de straal van de verdichtingsrol.
