Pre-impregnated carbon fibre: y materion o ddewis ar gyfer rhaglen peirianneg uwch

Beth yw pre-impregnated carbon fibre?

Yn syml, mae prepreg yn 'chwarae cyfartal' o rennau carbon. Mae'n cynnwys rennau carbon a'u hymlygu mewn matrix resin. I'w ddweud yn figuriol: mae'r rennau carbon yn gweithio fel 'bariau adlewyrchu', gan darparu cryfder a sefydlogrwydd; mae'r resin yn gweithio fel 'cement', gan glymu'r rennau at ei gilydd, trosglwyddo llwythoedd a darparu diogelwch. Er bod y resin yn cyfrif am 30% o bwysau'r deunydd yn unig, mae'n pennu'n uniongyrchol cryfder y cynnyrch terfynol, ei gwrtaith i beri, a'i safon gwrth- Tân.

Mae'r 'gwisg' hon yn aml yn 0.1 milimetr o dwf, sydd â'r un twf â thaen A4. Ond mae'n y presenoldeb hwn o prepreg yn eithaf tân, sydd wedi'i leoli mewn haenau ar uchelgeiriau (weithiau dros 300), sydd yn ffurfio'r 'arfbraich' ar gyfer cydrannau strwythurol hanfodol fel adenydd awyrennau a chorff awyrennau.

Yn ysgafn: yn ysgafnach na salwriaeth alwminiwm, ond cryfach na stål

Mae'r fanteisiad mwyaf sylweddol o barau rhag-ffordd o giwch carbon yn eu cryfder penodol uchel iawn a'u modwlws penodol uchel iawn. Mae data ymchwil yn dangos eu bod yn chweched â chrân haearn a hanner chweched â alwminiwm, tra bod eu cryfder tynnu tua 990 MPa a'u modwlws tynnu tua 87 GPa; gall eu cryfder benodol fod yn fwy na 2.2 gwaith cryfder haearn.

Mae hyn yn golygu bod modd lleihau pwysau'r strwythur yn sylweddol tra bo'r lefel unigol o gryfder yn cael ei chadw. Yn y sector awyrennau, gall defnyddio cynrhychiadau pren o rennau carbon i gynhyrchu cydrannau fel corffiau a adainau gweithredu ar leihau pwysau o dros 30 y cant. I awyrennau sydd hefyd yn gweithio ar ddŵr, fel yr AG600 'Kunlong', mae'r lleihad pwysau o'r cydrannau cyfansawdd yn unig yn gyfateb i bwysau pump i chwech o bobl, gan wella manawroliad a effeithlonrwydd tanwydd yn sylweddol. Yn y sector cerbydau ynni newydd, gall defnyddio cynrhychiadau pren o rennau carbon gradd T800 i gynhyrchu amgylchiadau batrisi hefyd gweithredu ar leihau pwysau o 30 i 50 y cant.

Cryfder Uchel a Chryfder Uchel: Datrys y Brechdan o 'Cyfuno Gorfodrwydd a Hyblygrwydd'

Nid oes digon i leihau pwysau yn unig i ennill sectorau uchelgeintydd fel y gofod. Mae'r her sylfaenol a ddatrysodd technoleg y prepreg yn wirioneddol yn cynyddu cryfder tynnu'r deunydd a'i gryfder gwrthdrawiad yn gydamserol.

Mae cyfansoddau trydanol carbon traddodiadol yn aml yn wynebu'r bwlch 'anghydwedd rhwng priodweddau tynnu a chwasgu'. Trwy dorriad technolegol, fe wnaeth menterau lleol ddatblygu dull technegol newydd i gydol, sydd yn seiliedig ar ddylunio, sydd yn cynyddu'r gymhareb rhwng cryfder chwasgu a thynnu gan fwy na 10 y cant heb dirmygu cryfder tynnu, gan ddatrys anawsterau mewn priodweddau mecanegol cyfansoddau carbon fibre gradd T800 yn effeithiol. Fe wnaeth y technoleg hon gael ei gymhwyso'n llwyddiannus yn y cynhyrchu rhannau allweddol ar gyfer awyrennau mawr cynhyrchedig yn Tsieina, megis drwsiau cabin a'r adran olaf o'r corff.

O ran cryfderi, trwy ddefnyddio asiantau cryfderi thermoplastig a rheoli manwl o'r dosbarthiad rhwng y haenau o rannau thermoplastig, gall cryfder cywasgedig ar ôl taro (CAI) o leinioedd paradedig gyrraedd dros 280 MPa, gan wella'r fargen diogelwch ar y strwythur ar ôl taro yn sylweddol.

Addasu'r broses: Allwedd i symud o'r laboratori i gynhyrchu mewn maint mawr

Mae'r rheswm am y ffaith fod prenodeddau wedi bod yn y materion sydd wedi'u dewis ar gyfer ceisiadau peirianneg yn eu prosesau cynhyrchu hybu ac yn yr ystyr ehangach o opsiynau ffurfiad.

Mae prosesau traddodiadol o ffwddio yn sicrhau ansawdd mewnol eithriadol uchel—gyda phorwsedd fel is na 0.06 y cant. Heddiw, fodd bynnag, mae rhagor a rhagor o dechnolegau prepeg allan o’r ffwdd (OoA) yn rhedeg i gyflawni, ac yn bosibl rheoli porwsedd ar ôl ffwddio i fewn i 0.11 y cant (yn llawer is na’r thrwyddl critigol lle mae priodoleddau mecanegol yn dechrau dirywio), tra bod priodoleddau mecanegol yn debyg iawn i’r rhai sydd wedi’u cyrraedd gan brosesau ffwddio traddodiadol. Mae hyn yn lleihau costau cynhyrchu a chyfyngiadau ffwddio yn sylweddol, gan gwneud yn bosibl cynhyrchu cydrannau strwythurol mawr sydd yn cymryd llwyth am awyrennau anweithredol.

Ar yr un pryd, mae systemau paratoadwy cyflym wedi bod yn dod i'r amlwg i fulfildio'r gofynion cynhyrchu mas. Er enghraifft, gall system Toray 3960-FC leihau amser y cyfluniad hyd at 45 y cant tra bo'r priodweddau gwreiddiol o gryfder uchel a chryfder uchel yn cael eu cadw. Mae'n gy совgdwr â variety o brosesiadau awtomatig, gan gynnwys gosod adnabod awtomatig (AFP), gosod tape awtomatig (ATL) a moldio cywasgedig, gan ffulfildio'r gofynion cynhyrchu uchel-drosglwyddiad ar gyfer awyrennau masnachol genhedlaeth nesaf a llyfrau cludiant awyr uwch.

Olygfa ar Gynhwysyddion Dyfodol

Ar hyn o bryd, y ceisiad mae'r defnydd o baragweddau pren o giwrbwn yn ehangu'n gyntaethol tu hwnt i'r sectorau traddodiadol fel awyrennau a diogelwch i farchnadoedd gan gynnwys yr economi isel-uchder, cerbydau newid ynni, adenydd twrbin wynt a theclegiadau defnyddwyr. Wrth i technoleg paragweddau cartref barhau i ymmyl a chostau cael eu hymharu'n parhaus, bydd y materion uwch 'rhagorol, cryfder uchel' hyn yn dod yn y datrysiad rhagweithiol a hanfodol mewn rhagor o geirfau peirianneg.