Materialele compozite pe bază de rășină ranforsată cu fibră de carbon au fost utilizate pe scară largă în mai multe industrii, cum ar fi tehnologia aerospațială, scutere de casă și electronice de înaltă tehnologie, datorită ușoarei, rezistenței de lucru ridicate și rezistenței puternice la coroziune. Datorită performanței remarcabile a produsului în medii umede și cu temperatură ridicată, temperaturi ridicate și control moderat al contractului, acest articol va studia longitudinal schimbările în performanța de lucru și mecanismul materialelor compozite armate cu fibră de carbon în medii dure cu temperaturi umede necontrolabile și va combina acestea cu conținut experimental specific și sunt analizate cazuri de aplicare.
Un mediu cu umiditate și temperatură incontrolabile are un impact mai mare asupra performanței și mecanismului materialelor compozite din fibră de carbon. Din punct de vedere mecanic, un mediu cald de îmbătrânire va cauza deteriorarea interfeței dintre rășină și fibră. Microscopic, rășina și fibra vor fi separate. Această interfață Separarea va duce la o scădere a performanței generale a materialului compozit, afectând astfel proprietățile mecanice. Dintr-o perspectivă macro, proprietățile mecanice ale materialelor compozite vor fi reduse semnificativ, reprezentând o amenințare la adresa siguranței structurii generale.
Mediile termice umede pot provoca, de asemenea, degradarea performanței:
Rezistența la tracțiune: Rezistența la tracțiune a materialelor compozite scade, mai ales în condiții de umiditate și temperatură ridicate; Rezistența la forfecare interlaminară: Distrugerea interfeței dintre rășină și fibră duce la o scădere a rezistenței la forfecare interlaminară a materialelor compozite; Modulul: Modulul de tracțiune Volumul a scăzut ușor.
În documentul „Studiu comparativ asupra proprietăților de îmbătrânire prin umiditate și căldură ale diferitelor tipuri de materiale compozite armate cu fibre”, compozite unidirecționale din fibră de carbon (CFRP), compozite din fibră de sticlă (GFRP) și compozite din fibră de in (FRP) cu un conținut de fibră de carbon de 60%6 au fost efectuate. A fost efectuat un test de îmbătrânire la căldură caldă, iar experimentul a arătat că, după îmbătrânire într-un mediu cald și umed, rezistența la tracțiune și rezistența la forfecare interlaminară a materialelor compozite din fibră de sticlă au scăzut semnificativ, iar modulul de tracțiune a scăzut ușor. După uscare, proprietățile de tracțiune și-au revenit, dar rezistența la forfecare interlaminară a fost dificil de vindecat. Se poate observa că degradarea performanței, cum ar fi hidroliza fibrei de sticlă și delipirea interfeței, care are loc în timpul procesului de îmbătrânire a materialelor compozite din fibră de sticlă, este o schimbare ireversibilă.
Compozitele din fibre de in se vor plastifia după absorbția apei, iar rezistența la tracțiune va crește ușor, în timp ce modulul de tracțiune și rezistența la forfecare interlaminară vor rămâne stabile după o scădere bruscă. După uscare, rezistența la tracțiune nu poate fi restabilită sau chiar scade semnificativ, în timp ce modulul de tracțiune și rezistența la forfecare interlaminară cresc semnificativ. Acest fenomen este strâns legat de schimbări precum plastificarea umidității, expansiunea și degradarea fibrelor și a matricei.
Compozitele din fibră de carbon sunt diferite de cele două materiale menționate mai sus. Pe măsură ce timpul de îmbătrânire crește, proprietățile de tracțiune ale compozitelor din fibră de carbon rămân aproape neschimbate, dar rezistența la forfecare interlaminară scade ușor. După uscare, proprietățile de tracțiune și proprietățile de forfecare interstrat revin la starea lor inițială. Se poate observa că, chiar dacă materialul compozit din fibră de carbon este afectat în timpul procesului de îmbătrânire într-un mediu umed și fierbinte, acesta va reveni la forma inițială după uscare și are o bună rezistență la umezeală și căldură.
Deși materialele compozite din fibră de carbon au o rezistență mai bună la umiditate și căldură, ajustările specifice ale produsului sunt încă necesare în aplicațiile reale de producție pentru a asigura o mai bună aplicare a produsului. În raportul „Research on the Warm Parts Performance of Domestic CCF30 Carbon Fiber and CC[300/EH503R3 Composite Materials”, a fost realizat un studiu privind îmbătrânirea materialelor compozite specifice pe bază de rășină din fibră de carbon în medii calde și umede. Studiul a demonstrat că: Materialele compozite CCF300/EH503R3 au fost testate în condiții de 1,000-stare la temperatura camerei. În mediul înconjurător, 90% din morfologia fracturii de tracțiune prezintă deteriorarea matricei, iar fibra de carbon nu are nicio fractură evidentă. Suprafața fibrei de plasă este învelită cu o cantitate mare de rășină, ceea ce arată că fibra de carbon și rășina au proprietăți puternice de legare interfacială. În mediul de testare la 93 de grade/uscat, s-a produs o cantitate mică de ruptură de rășină și o ușoară delipire a fibrei de carbon. După tratarea într-un mediu de căldură umed, din cauza creșterii temperaturii mediului de testare, a apărut un număr mic de fisuri de-a lungul axei fibrei, iar cantitatea de rășină învelită pe suprafața fibrei a scăzut. Delegarea crește și forța de legătură dintre fibră și rășină scade. Cu toate acestea, la 132 de grade/temperatura de testare umedă, fibra de carbon și rășina pot fi încă strâns combinate, ceea ce arată că materialul compozit CCF300/EH503R3 are performanțe excelente de interfață și rezistență la umiditate și căldură.
În rezumat, pe baza produselor reale și a experienței anterioare de producție, putem proiecta un plan de proiectare a produsului pentru materialele compozite din fibră de carbon într-un mod țintit, putem măsura cerințele de performanță în funcție de condițiile de aplicare a produsului și putem începe mai departe de la matricea rășinii, modelul precursor al fibrei de carbon. , schema de modificare, procesul de turnare etc., pentru a specifica un plan de proiectare rezonabil pentru a asigura performanța reală a aplicației. Aceasta este exact logica de bază a Chinei să se uite mai întâi la desenele produsului și apoi să înțeleagă cerințele de aplicare a produsului, apoi să prezinte planul de proiectare mai târziu.
Odată cu progresul continuu în domeniul materialelor, performanța umedă și termică a materialelor compozite din fibră de carbon poate fi îmbunătățită în continuare prin modificarea interfeței și îmbunătățirea performanței precursorilor, iar derivații compozitelor din fibră de carbon vor juca, de asemenea, un rol indispensabil și important în mai multe domenii. .
