Kādas ir termoplastisko oglekļa šķiedras kompozītu atšķirības augstā temperatūrā?

Termoplastiskie oglekļa šķiedras kompozīti ir jauni kompozītmateriāli, kas sastāv no oglekļa šķiedras pastiprināšanas un termoplastisko sveķu matricas. Oglekļa šķiedrai kā pastiprināšanai ir augstas stiprības, augsta moduļa un zema blīvuma īpašības, nodrošinot lieliskas kompozītmateriālu mehāniskās īpašības. Parasti izmantotās termoplastisko sveķu matricas ietver polietereteretonu (PEEK), polifenilēn sulfīdu (PPS) un poliamīdu (PA) utt. Šie sveķi kompozītmateriāliem nodrošina labu plastiskumu un pārstrādi.

Termoplastisko oglekļa šķiedras kompozītu pamatīpašības ietver augstu izturību, augstu stingrību, zemu blīvumu, izturību pret koroziju un noformējamību. Salīdzinot ar termosettēšanas kompozītiem, termoplastiskajiem kompozītiem ir labāka izturība pret triecieniem, īsāks veidņu cikls un metināmība. Turklāt termoplastiskie kompozīti uzrāda labāku izturību un bojājumu toleranci augstā temperatūrā, kas tiem dod ievērojamas priekšrocības vidē augstā temperatūrā.

Termoplastiskie oglekļa šķiedras kompozīti parāda lielisku mehāniskās īpašības aizturi augstas temperatūras apstākļos. Pētījumi liecina, ka šādi materiāli joprojām var saglabāt augstu izturību un moduli pat augstas temperatūras apstākļos virs 200 grādiem. Piemēram, uz PEEK balstītu oglekļa šķiedras kompozītu stiprības aiztures ātrums 200 grādos var sasniegt vairāk nekā 80%, kas ir daudz augstāks nekā tradicionālajiem termosettēšanas kompozītiem.

Augstas temperatūras ietekme uz termoplastisko oglekļa šķiedru kompozītu mehāniskajām īpašībām galvenokārt atspoguļojas sveķu matricas mīkstinošajā pakāpē un interfeisa savienojuma stiprumā. Palielinoties temperatūrai, sveķu matricas modulis samazinās, kā rezultātā samazinās kompozīta vispārējā stingrība. Tomēr oglekļa šķiedras pastiprināšanas augstās temperatūras stabilitātes dēļ kompozīta stiprības samazināšanās ir salīdzinoši maza. Turklāt saprātīga sveķu matricas izvēle un interfeisa savienojuma optimizācija var efektīvi uzlabot kompozīta augstas temperatūras mehāniskās īpašības.

Termoplastiskajiem oglekļa šķiedras kompozītiem ir lieliska termiskā stabilitāte un šļūdes izturība augstā temperatūrā. Termiskā stabilitāte galvenokārt atspoguļojas materiāla izmēru stabilitātē un ķīmiskajā stabilitātē augstas temperatūras vidē. Piemēram, PEEK balstītus oglekļa šķiedras kompozītus var izmantot ilgu laiku 250 grādos, un īstermiņa lietošanas temperatūra var sasniegt virs 300 grādiem, un šajā temperatūras diapazonā saglabāt labu dimensiju stabilitāti un ķīmisko inertu.

Šļūdes pretestība ir svarīgs indikators, lai izmērītu materiāla spēju pretoties deformācijai augstā temperatūrā un nepārtrauktā slodzē. Sakarā ar oglekļa šķiedras stiprinājumu, termoplastiskiem oglekļa šķiedras kompozītiem ir lieliska šļūdes izturība augstā temperatūrā. Pētījumi liecina, ka 200 grādu un nemainīgas slodzes līmenis uz PEEK balstītu oglekļa šķiedru kompozītu šļūdes celms ir ievērojami zemāks nekā tradicionālajiem metāla materiāliem, un šļūdes ātrums ar laiku pakāpeniski samazinās. Šī lieliskā šļūdes izturība padara termoplastisko oglekļa šķiedras kompozītus ar plašām pielietojuma izredzēm augstas temperatūras slodzes struktūrās.

Papildus izcilām mehāniskajām īpašībām un termiskajai stabilitātei termoplastiskajiem oglekļa šķiedru kompozītiem ir arī unikālas funkcionālās īpašības augstā temperatūrā. Pirmais ir elektriskā vadītspēja. Pati oglekļa šķiedrai ir laba elektriskā vadītspēja, kas kompozītmateriālam ļauj uzturēt stabilu elektrisko vadītspēju augstā temperatūrā. Šī īpašība ļauj termoplastiskiem oglekļa šķiedras kompozītiem izmantot statiskai izkliedēšanai un elektromagnētiskai ekranēšanai vidē augstā temperatūrā.

Otrais ir siltumvadītspēja. Lai arī sveķu matricas siltumvadītspēja ir slikta, oglekļa šķiedras augstā siltumvadītspēja padara kompozītmateriālu kopumā ir laba siltumvadītspēja. Augstas temperatūras vidē šī siltumvadītspēja palīdz straujai siltuma izplatīšanai, novērš vietējo pārkaršanu un uzlabo materiāla drošību.

Pēdējais ir elektromagnētiskā ekranēšanas veiktspēja. Oglekļa šķiedras vadošā tīkla struktūra ļauj termoplastiskiem oglekļa šķiedras kompozītiem saglabāt labu elektromagnētisko ekranēšanas iedarbību augstā temperatūrā. Pētījumi parādīja, ka pat augstā temperatūrā 200 grādu uz PEEK balstīti oglekļa šķiedru kompozīti joprojām var saglabāt elektromagnētisko ekranēšanas efektivitāti vairāk nekā 60 dB, kas ir daudz augstāks nekā tradicionālie metāla materiāli