Descripción general de los compuestos termoplásticos reforzados con fibra de carbono

Fibra de carbono (CF) Se produce carbonizando fibras orgánicas a altas temperaturas en atmósfera inerte. Es un excelente material de refuerzo debido a su Alta resistencia, alto módulo específico, propiedades térmicas superiores, estabilidad química y características de amortiguación, reducción de vibraciones y reducción de ruido. .

Comparado con compuestos termoestables tradicionales Los compuestos termoplásticos ofrecen Ciclos de moldeo más cortos, menor toxicidad en la composición química, mayor tenacidad, mejor resistencia al impacto y tolerancia al daño, mayor vida útil de los preimpregnados y mayor capacidad de producción en masa. .

Los compuestos termoplásticos reforzados con fibra de carbono combinan las ventajas de rendimiento de la fibra de carbono y la resina termoplástica. No experimentan reticulación química tras el moldeo y pueden refundirse y remodelarse, lo que facilita el reciclaje y la reutilización, y soluciona los problemas de eliminación de los materiales termoestables de fibra de carbono al final de su vida útil. Durante el procesamiento, los compuestos termoplásticos de fibra de carbono experimentan cristalización y transición vítrea, mientras que los compuestos termoestables de fibra de carbono experimentan reacciones de reticulación y curado.

Desde un punto de vista técnico, los compuestos de CF termoplásticos son más difíciles de impregnar durante la producción en comparación con los compuestos de CF termoestables, pero ofrecen claras ventajas: Ciclos de moldeo más cortos, resistencia al impacto superior, soldabilidad, capacidad de moldeo secundario y mayor flexibilidad de diseño .

Los componentes fabricados con compuestos termoplásticos reforzados con fibra de carbono suelen ser... ligero, de alta resistencia, resistente y reciclable Tienen amplias perspectivas de aplicación en aeroespacial, militar, maquinaria de alta gama, equipos médicos y otros campos .

Los compuestos reforzados con fibra de carbono se diferencian de los materiales FRP tradicionales reforzados con fibra de vidrio o fibra de aramida. Los compuestos CFRP (plásticos reforzados con fibra de carbono) ofrecen propiedades excepcionales, entre ellas:

Yo peso ligero : Los compuestos tradicionales reforzados con fibra de vidrio utilizan fibra de vidrio continua con una fracción de peso del 70 % (vidrio/peso total), alcanzando normalmente una densidad de 0,065 lb por pulgada cúbica.

Alta resistencia A pesar de su ligereza, los compuestos de CFRP presentan una resistencia y rigidez por unidad de peso significativamente mayores que los compuestos de fibra de vidrio. Su ventaja es aún mayor en comparación con los metales.

Por ejemplo, la experiencia demuestra que los materiales CFRP pesan sólo 1/5 de acero con una resistencia equivalente. Es evidente por qué los fabricantes de automóviles están explorando activamente la fibra de carbono como sustituto del acero para mejorar el rendimiento del vehículo. En comparación con el aluminio, uno de los metales más ligeros, bajo supuestos de resistencia equivalente, el aluminio aún pesa aproximadamente... 1,5 veces Más que fibra de carbono.

Las resinas comunes utilizadas en compuestos termoplásticos reforzados con fibra de carbono incluyen: PEEK (polieteretercetona), TPI (poliimida termoplástica), PPS (sulfuro de polifenileno) y PEKK (polietercetonacetona) .

A continuación se muestra una breve introducción de tres tipos: poliimida termoplástica reforzada con fibra de carbono, sulfuro de polifenileno reforzado con fibra de carbono y polieteretercetona reforzada con fibra de carbono .

1.

Compuestos de poliimida termoplástica (PI) reforzados con fibra de carbono

Como una nueva generación de plásticos de ingeniería especializados de alto rendimiento, conservan la alta resistencia, la resistencia a altas temperaturas, la resistencia química, las buenas propiedades dieléctricas y la resistencia a la radiación de las poliimidas termoestables tradicionales. Además, ofrecen una tenacidad excepcional y ventajas en el procesamiento térmico, lo que permite no solo el prensado en caliente, sino también la extrusión y el moldeo por inyección. La adición de fibra de carbono mejora significativamente las propiedades mecánicas de la poliimida termoplástica; cuando la fracción de volumen de fibra de carbono alcanza... 30% La resistencia a la tracción y a la flexión es de aproximadamente 2-3 veces El de la resina pura. El refuerzo de fibra de carbono también imparte uniformidad. Mejor resistencia al calor y rendimiento mecánico. , lo que hace que los compuestos de poliimida termoplásticos sean ideales para Aplicaciones de alta calidad, resistentes al desgaste y a la corrosión. .

2.

Compuestos de sulfuro de polifenileno (PPS) reforzados con fibra de carbono
El sulfuro de polifenileno (PPS) es también una de las resinas termoplásticas más populares en la industria de los compuestos. Presenta Excelentes propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión y retardancia de llama inherente. , lo que lo convierte en un material de matriz popular para diversos compuestos de alto rendimiento. Las propiedades mecánicas de los compuestos de PPS reforzados con fibra de carbono se ven afectadas por el contenido de fibra de carbono; dentro de cierto umbral, un mayor contenido de fibra de carbono resulta en una mayor capacidad de carga. Experimentos han demostrado que, incluso con variaciones de temperatura de hasta 100 °C, los paneles compuestos continuos de PPS reforzados con fibra de carbono mantienen una buena estabilidad en la resistencia al corte interlaminar (ILSS).

3.

Compuestos de polieteretercetona (PEEK) reforzados con fibra de carbono

Los compuestos de polieteretercetona (PEEK) son conocidos por su Alta rigidez, excelente estabilidad dimensional, bajo coeficiente de expansión térmica y capacidad para soportar una tensión inmensa sin un alargamiento significativo a lo largo del tiempo. Además, PEEK tiene una Baja densidad, buena procesabilidad y es adecuado para componentes que requieren alta precisión. El PEEK en sí es una de las resinas termoplásticas con excelente resistencia al calor, soportando temperaturas de funcionamiento a largo plazo de hasta 250°C , mientras que sus propiedades mecánicas permanecen prácticamente inalteradas en entornos de tan alta temperatura. Mediante el uso fibra de carbono Como refuerzo, el rendimiento del PEEK en términos de Se mejora aún más la resistencia, la rigidez y la resistencia al desgaste Esto también prolonga significativamente la vida útil del producto. Estudios experimentales han demostrado que, con un contenido de fibra de carbono de entre el 30 % y el 40 %, la resistencia al desgaste del material compuesto a base de PEEK mejora significativamente. La adición de fibra de carbono amplía eficazmente su valor y alcance de aplicación.

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