Композитите за подсилени с въглеродни влакна (CFRP) са привлекли значително внимание в различни индустрии поради високото си съотношение сила към тегло, отлична скованост и устойчивост на корозия. Въпреки това, една област, в която CFRP може да бъде допълнително подобрена, е в неговите затихващи свойства. Затихването е способността на материал да разсейва енергията, когато е подложен на вибрации, което е от решаващо значение при приложения, при които е необходим контрол на вибрациите, като аерокосмическо, автомобилно и строително инженерство. Като доставчик на въглерод CFRP, аз изследвах различни методи за подобряване на затихващите свойства на CFRP и в тази публикация в блога ще споделя някои от ефективните стратегии.
Разбиране на основите на затихването в CFRP
Преди да се задълбочи в методите за подобряване, е от съществено значение да се разбере как настъпва затихване в CFRP. Демпфирането в композитите на CFRP е основно от три основни механизма: матрично затихване, матрично-матрично затихване на матрицата и вътрешно триене във влакната. Матричният материал, обикновено полимерна смола, допринася за затихване чрез неговото вискоеластично поведение. Когато композитът е подложен на вибрации, полимерните вериги в матрицата изпитват вътрешно триене, докато се деформират, разсейвайки енергия под формата на топлина. Интерфейсът на влакната-матрица също играе роля за затихване, тъй като всяко относително движение между влакната и матрицата може да причини разсейване на енергията. Освен това, вътрешното триене в самите въглеродни влакна може да допринесе за затихване, въпреки че това като цяло е по -малко значимо в сравнение с ефектите на матрицата и интерфейса.
Методи за подобряване на затихващите свойства
1. Матрична модификация
Един от най -лесните начини за подобряване на затихващите свойства на CFRP е чрез промяна на материала на матрицата. Това може да се постигне чрез добавяне на амортисьорни добавки към полимерната смола. Например, вискоеластичните полимери като термопластични еластомери могат да бъдат смесени с матричната смола. Тези еластомери имат висока степен на гъвкавост и могат лесно да се деформират при вибрации, разсейвайки енергия чрез вътрешно триене. Друг подход е използването на микрокапсули, пълни с амортизираща течност. Когато композитът е подложен на вибрации, микрокапсулите се разкъсат, освобождавайки амортизиращата течност, която след това повишава разсейването на енергията.
Друг аспект на матричната модификация е оптимизирането на процеса на втвърдяване. Условията на втвърдяване, като температура и време, могат значително да повлияят на вискоеластичните свойства на матрицата. Чрез внимателно контролиране на процеса на втвърдяване е възможно да се получи матрица с подобрени характеристики на затихване. Например, по-бавният процес на втвърдяване при по-ниска температура може да доведе до по-равномерна структура на омрежване в матрицата, която може да подобри неговото вискоеластично поведение и по този начин да подобри затихването.
2. Обработка на повърхността на влакната
Интерфейсът на влакната-матрица е критичен фактор за определяне на затихващите свойства на CFRP. Чрез третиране на повърхността на въглеродните влакна е възможно да се подобри взаимодействието между влакната и матрицата, което води до засилено затихване. Един често срещан метод на обработка на повърхността е окисляването. Окисляването може да въведе функционални групи на повърхността на влакната, които могат да реагират с матричната смола, подобрявайки адхезията между влакната и матрицата. Тази подобрена адхезия може да увеличи разсейването на енергията на интерфейса, тъй като всяко относително движение между влакната и матрицата се прехвърля и разсейва по -ефективно.
Друга техника на обработка на повърхността е прилагането на тънко покритие върху въглеродните влакна. Това покритие може да бъде полимер с добри свойства на затихване или слой наночастици. Покритието може да действа като буферен слой между влакната и матрицата, подобрявайки разсейването на енергията на интерфейса. Например, въглеродните нанотръби (CNT) могат да се използват като материал за покритие. CNT имат високо съотношение на страните и могат да образуват мрежова структура на повърхността на влакната, която може да подобри свойствата на интерфейса и да подобри затихването.
3. Хибридни композити
Хибридните композити, които комбинират различни видове влакна или материали, също могат да се използват за подобряване на затихващите свойства на CFRP. Например, комбинирането на въглеродни влакна със стъклени влакна или естествени влакна може да създаде композит с подобрени характеристики на затихване. Стъклените влакна имат по -голям капацитет за затихване в сравнение с въглеродните влакна и чрез включването им в CFRP, цялостното затихване на композита може да се увеличи. По същия начин, естествените влакна като лен или коноп имат добри затихващи свойства и могат да се използват като вторично армировка в композита.
Друг вид хибриден композит е комбинацията от CFRP с амортизиращ слой. Това може да бъде слой от вискоеластичен полимер или амортисьорна пяна. Затихващият слой може да бъде поставен между слоевете CFRP или върху повърхността на композита. Когато композитът е подложен на вибрация, амортисьорният слой се деформира и разсейва енергията, засилвайки цялостното затихване на структурата.
4. Структурен дизайн
Структурният дизайн на компонента CFRP също може да окаже значително влияние върху неговите затихващи свойства. Например, използването на структура на сандвич може да подобри затихването. Структурата на сандвич се състои от два външни слоя CFRP, разделени от основен материал, като пяна или пчелна пита. Основният материал може да действа като амортизиращ слой, разсейвайки енергия чрез своето вискоеластично поведение или чрез осигуряване на допълнителна структурна гъвкавост.
Друг структурен дизайн подход е въвеждането на вътрешни функции за затихване, като слотове или дупки, в компонента на CFRP. Тези характеристики могат да създадат области на концентрация и деформация на напрежението, които могат да повишат разсейването на енергията. Например, CFRP лъч със серия от слотове, нарязани в него, може да има подобрено амортизация в сравнение с твърд лъч, тъй като слотовете позволяват по -локализирана деформация и разсейване на енергията.
Препоръки на продукта
Като доставчик на въглерод на CFRP ние предлагаме гама от висококачествени продукти от въглеродни влакна, които могат да се използват в приложения, където се изисква подобрено затихване. Нашите600g UD въглеродни влакна тъкане еднопосочна тъкан от въглеродни влакна с отлични свойства на якост и твърдост. Може да се използва в комбинация с модифицирана матрица или в хибриден композит за подобряване на амортисьора. Нашите300g еднопосочна опаковка от въглеродни влакнаи600g еднопосочна опаковка от въглеродни влакнасъщо са подходящи за приложения, при които е важно затихването. Тези опаковки могат лесно да се прилагат към структурите, за да се осигури подсилване и може да се използва в комбинация с техники за подобряване на амортисьора за подобряване на общата работа на амортизация.
Заключение
Подобряването на затихващите свойства на CFRP е сложна, но постижима цел. Чрез разбиране на основните механизми на затихване в CFRP и прилагане на подходящи методи като матрична модификация, обработка на повърхността на влакната, хибридни композити и структурен дизайн е възможно значително да се подобрят характеристиките на затихване на тези композити. Като доставчик на въглерод CFRP, ние се ангажираме да предоставяме висококачествени продукти и да подкрепяме нашите клиенти в техните усилия да подобрят работата на CFRP композитите. Ако се интересувате да научите повече за нашите продукти или да имате специфични изисквания за затихване на CFRP, моля, не се колебайте да се свържете с нас за допълнителни възможности за обсъждане и поръчки.
ЛИТЕРАТУРА
- Gibson, RF (2012). Принципи на композитната материална механика. CRC Press.
- Hull, D., & Clyne, TW (2012). Въведение в композитни материали. Cambridge University Press.
- Thouless, MD, & Waas, AM (2017). Механика на композитни материали и структури: теория и практика. Спрингър.