В последние годы все чаще встречаются примеры применения углеродного волокна в автомобильной промышленности, причем не только в зарубежных люксовых автомобилях, но и в отечественных электромобилях. В автомобилестроении чаще всего используются термореактивные углеродные композитные материалы. Изделия из них постепенно переходят от декоративных элементов к элементам основных систем, что свидетельствует о повышении уровня обработки углеродного волокна и его растущей ценности.

В настоящее время для производства изделий из углеродного волокна в основном используется метод горячего прессования или прессования. При этом температура и давление являются важнейшими факторами обработки. Разумное регулирование температуры и давления может обеспечить более стабильные свойства термореактивных изделий из углеродного волокна.

Влияние температуры

На стадии отверждения термореактивных изделий из углеродного волокна температура является одним из ключевых факторов, влияющих на формование. Однако температура не является постоянной величиной, она изменяется в зависимости от матрицы смолы, обычно в диапазоне от 120°C до 180°C. В процессе отверждения происходит химическая реакция смолы в углеродном композитном материале, материал постепенно отверждается и твердеет, и этот процесс необратим. Высококачественные углеродные композитные материалы, как правило, обладают лучшей термостойкостью, что также повышает общую температуру отверждения. Поэтому соответствующая температура отверждения может быть выше и может даже превышать 200°C.

Температура отверждения оказывает непосредственное влияние на процесс формования изделий из углеродного композитного материала и на их свойства после формования. Слишком высокая или слишком низкая температура приводит к необратимым негативным последствиям. Поэтому на стадии формования необходимо тщательно контролировать температуру на этапах нагрева, выдержки и охлаждения, чтобы избежать брака изделий из углеродного волокна.

Слишком высокая температура

1. Переотверждение: высокая температура может привести к переотверждению смолы, а в некоторых случаях к её разложению, что повышает хрупкость и снижает эластичность.

2. Термическая деградация: смола может подвергнуться деградации, потеряв ударную вязкость и снизив свои свойства.

3. Внутренние напряжения: быстрый или чрезмерный нагрев может привести к неравномерному отверждению, образованию внутренних напряжений, а в результате - к короблению или нестабильности размеров.

Слишком низкая температура

1. Неполное отверждение: смола может не полностью отвердеться, что приводит к ослаблению сшивки в матрице и значительному снижению механической прочности, жесткости и термостойкости композитного материала.

2. Снижение свойств: неполное отверждение снижает химическую и термостойкость, что делает композитный материал более подверженным деформации и повреждениям под нагрузкой.

3. Низкая долговечность: неотвержденные изделия более склонны к расслаиванию, растрескиванию и снижению долговечности.

Влияние давления

По сравнению с температурой, регулирование давления также является ключевым фактором, непосредственно влияющим на формование термореактивных изделий из углеродного волокна. Для углеродных композитных материалов, состоящих из различных типов углеродных волокон и матриц, соответствующее давление формования также будет меняться, обычно в диапазоне от 50 до 100 psi (фунт/кв. дюйм). Давление, прикладываемое при различных методах формования, значительно различается: при отверждении в автоклаве обычно применяется давление 85-100 psi, при вакуумной инфузии - 15 psi, а при высокоточном прессовании - более 500 psi.

Этапы приложения давления, поддержания давления и снижения давления необходимо разумно контролировать в процессе формования изделий из углеродного волокна. Для изделий из углеродного волокна различной конструкции прикладываемое давление, естественно, различно, и эту разницу необходимо определять и применять техническим специалистам на основе требований к обработке и опыта. Слишком высокое или слишком низкое давление непосредственно влияет на результат термореактивного отверждения изделий из углеродного волокна, что также приводит к необратимым негативным последствиям.

Слишком высокое давление

1. Деформация или изгиб волокон: слишком высокое давление может привести к деформации углеродных волокон, что может вызвать их смещение или изгиб и снизить общие механические свойства.

2. Дефицит смолы: высокое давление может вытеснить избыток смолы, что приводит к её дефициту, неполному склеиванию волокон и снижению прочности сцепления, в результате чего изделие из углеродного волокна становится хрупким и повреждается.

3. Коробле́ние или нестабильность размеров: слишком высокое давление может привести к неравномерной толщине или короблению, особенно в случае сложных форм, что приводит к нестабильности размеров или снижению точности изделий из углеродного волокна.

Слишком низкое давление

1. Недостаточная консолидация: слишком низкое давление может привести к недостаточному уплотнению слоев волокон, что приводит к образованию пустот, пор или областей с избытком смолы, которые ослабляют общую конструкцию и снижают прочность и жесткость материала.

2. Неравномерное распределение смолы: при недостаточном давлении смола может не распределяться равномерно, что приводит к неравномерному склеиванию и снижению несущей способности.

3. Повышенная пористость: низкое давление приводит к более высокой пористости материала, что делает его более восприимчивым к повреждению окружающей среды, например, влаге и химическим веществам, и снижает усталостную прочность.

Таким образом, для получения высококачественных углеродных композитных материалов необходимо разумно учитывать влияние температуры и давления. Во-первых, необходимо выбрать подходящие значения температуры и давления в зависимости от типа углеродного волокна. Во-вторых, для различных методов отверждения требуются различные параметры температуры и давления. В целом, хорошее понимание влияния температуры и давления на формование изделий из углеродного волокна поможет предприятиям производить высококачественные углеродные композитные материалы, повышая производительность и качество продукции.

Дисклеймер: Информация предназначена только для обмена знаниями и рыночной информацией в области композитных материалов и не должна использоваться в коммерческих целях. В случае нарушения авторских прав или возникновения вопросов по содержанию, свяжитесь с нами. Мы незамедлительно примем меры.