Den väsentliga skillnaden mellan hartsmatris och härdningsmekanism
Termoset kolfiber
Vanligt använda hartser för termosettering av kolfibrer, såsom epoxi, polyester eller fenolhartser, kan betraktas som att baka en kaka. Initiellt finns hartset i flytande form, vilket gör det enkelt att impregnera i kolfiberväven. Under härdningsprocessen (utlöses av värme eller en kemisk katalysator) genomgår den en irreversibel kemisk transformation som kallas tvärbindning. Denna process bildar hållbara, permanenta kovalenta bindningar mellan polymerkedjorna, vilket skapar en styv, tredimensionell struktur. När en gång botas kan en termoset inte smälts eller omformas; Det förblir permanent, varför det bär detta namn.
Termoplastisk kolfiber
Vanligt använda hartser för termoplastiska kolfibrer är polyethereterketon, polyeterimid eller polyamid. Termoplastiska hartser uppför sig som choklad. När de värms över sin smältpunkt mjuknar de in i en viskös vätska som kan formas efter önskemål. När de har kylts härdar de och behåller den formen. Denna förändring är rent fysisk och fullt reversibel, vilket gör att de upprepade gånger kan smälts och lösas med liten förlust av kemisk integritet. Denna inneboende reversibilitet är en viktig fördel för många moderna användningar av termoplastiska kolfiberkompositer.
Mekaniska och miljömässiga egenskaper hos termoset och termoplastiska kolfiberkompositer
Traditionellt har termosetkompositer, särskilt de som är gjorda med epoxihartser, varit riktmärket för högstyrka tillämpningar. Deras styvt kopplade molekylstruktur ger exceptionell styvhet och utmärkt motstånd mot krypning (gradvis deformation under långvarig stress), vilket gör dem idealiska för primära flygplanstrukturer och högpresterande bildelar. De tenderar också att upprätthålla utmärkta mekaniska egenskaper och stabilitet vid höga temperaturer. Till exempel tillhandahåller den ledande tillverkaren Toray Thermoset Prepregs för primära flygplanstrukturer, som har bevisat sin tillförlitlighet i över 25 år.
Emellertid stänger högpresterande termoplast snabbt prestationsgapet. Till exempel uppvisar kolfiberförstärkt PEEK (CF-PEEK) utestående mekaniska egenskaper som rivaliserar eller till och med överträffar de av många termosetkompositer. I en studie visade CF-Peek en draghållfasthet på 425 MPa, medan en liknande CF-epoxikomposit hade en draghållfasthet på 311 MPa. Även om en annan studie rapporterade en lägre elastisk modul för en specifik CF/PEEK -komposit jämfört med CF/Epoxy -kompositen, uppvisade PEEK -versionen 2,15 gånger större trådstyrka, vilket visade överlägsen prestanda i bultningsapplikationer.
Jämförelse av slagmotstånd och seghet
Termoplastisk kolfiber uppvisar betydligt högre slagmotstånd eftersom dess polymerkedjor kan röra sig och absorbera energi, vilket hjälper till att förhindra katastrofisk sprickutbredning. Däremot tenderar den styvlänkade strukturen för termosetplasten att göra dem mer spröda. Denna överlägsna seghet gör termoplastiska kompositer särskilt värdefulla för delar som kan drabbas, såsom flygkroppsskinn, vingledare och bilkraschstrukturer. Studier har visat att i höghastighetstester överträffar termoplastiska kompositer termosetkompositer såsom CF-epoxihartser, uppvisar högre slagmotstånd och upprätthåller mindre skador. Denna förbättrade hållbarhet är drivkraften bakom användningen av termoplastisk kolfiber i nästa generations flyg- och försvarsapplikationer.
Kemisk och miljömotstånd
Båda materialen erbjuder utmärkt motstånd mot miljöfaktorer, en viktig fördel jämfört med korroderade metaller. När de har botats är termosetter kända för sin utmärkta resistens mot kemikalier och lösningsmedel. Termoplast uppvisar också hög kemisk resistens, med polymerer som Peek och PPS uppvisar anmärkningsvärd inerthet till ett brett spektrum av kemikalier. Denna kemiska stabilitet bidrar vidare till den långsiktiga hållbarheten hos komponenter tillverkade av avancerad termoset och termoplastiska kolfiberkompositer.
Påverkan av tillverkning på termoset och termoplastiska kolfibermaterial
Traditionella termosettingmaterial
Traditionellt har tillverkning av termoset kolfiberkomponenter för flyg- och rymdapplikationer varit en exakt och tidskrävande process. Det kräver vanligtvis manuell eller automatiserad placering av prepregark till en form, följt av utökade härdningscykler i en autoklav (en stor, trycksatt ugn). Dessa härdningssteg kan ta flera timmar att helt korsa hartset. Vanliga tillverkningstekniker inkluderar handupplägg, kompressionsgjutning och gjutning av hartsöverföring. Medan dessa processer kan producera högkvalitativa, pålitliga delar, är de långsamma och energikrävande, vilket skapar produktion av flaskhalsar. Denna begränsning utgör en betydande utmaning eftersom flygplanstillverkare strävar efter att öka produktionen till historiska höjder.
Högpresterande termoplastisk tillverkning
Tillverkningen av högpresterande termoplastiska kompositer representerar en stor förändring i produktionseffektiviteten. Eftersom processen involverar fysisk smältning och stelning reduceras cykeltiderna avsevärt från timmar till minuter. Detta möjliggör antagande av höghastighet, automatiserade tillverkningsmetoder som är vanliga inom plastindustrin, inklusive termoformning, stämpling, automatiserad fiberplacering (AFP) och konsolidering på plats. Konsolidering av konsolidering, placering och konsolidering i ett enda steg-eliminerar behovet av eftertankning i en autoklav, vilket avsevärt förenklar produktionen. Förmågan att snabbt, kontinuerligt och automatiskt tillverka är ett nyckelfaktor som driver intresse för både termoset och termoplastiska kolfiberkompositer. Tillverkning av högpresterande termoplastiska kompositer kräver emellertid högre bearbetningstemperaturer, vanligtvis cirka 400 grader, jämfört med de typiska bearbetningstemperaturerna på 200 grader eller lägre för många epoxihartser, vilket kräver användning av specialiserad utrustning.
Termoset och termoplastiska kolfiberkompositer påverkar andra branscher
Sportartiklar
Från tennisracketar till cykelramar har de lätta och styva egenskaperna hos termosetter länge varit en grundpelare.
Marin
Används i fartygsskrov och överbyggnader. Energi: i vindkraftverk och komprimerade naturgasbehållare.
Medicinsk
För implantat och proteser är biokompatibiliteten och styrkan hos material som Peek ovärderliga.
Slutsats
Det högra materialet för varje uppgift i denna pågående jämförelse av termoset och termoplastiska kolfiberkompositer finns det inget enda "bättre" material. Det bästa valet beror helt på de specifika kraven i applikationen. Termosetkompositer förblir de beprövade arbetshästarna för applikationer som kräver högsta styrka, styvhet och hög temperaturprestanda och där långa produktionstider är acceptabla. Deras arv inom flygindustrin är ett bevis på deras tillförlitlighet och prestanda. Termoplastiska kompositer representerar å andra sidan framtiden för högvolym, hållbar sammansatt tillverkning. Deras viktigaste fördelar, snabbhet, snabba bearbetningscykler och återvinningsbarhet gör dem det material som valts för nästa generation av flygplan, bilar och konsumentprodukter.
Kontakta oss
Om du vill veta mer om kolfiberprodukter, vänligen kontakta oss. Vi är ett företag som specialiserat sig på produktion av kolfiberprodukter - Dongguan Juli Composite Technology Co., Ltd . - som grundades 2011. Vi har mer än tio års erfarenhet i branschen och har etablerat vårt eget varumärke. Kontakta oss via sales18@julitech.cn eller whatsapp +86 18822947075. Vår kolfiber är 100% äkta och har certifierats av många kunder. Du är välkommen att besöka vår fabrik.
