نظرة عامة على المركبات الحرارية البلاستيكية المقواة بألياف الكربون

ألياف الكربون (CF) يُنتَج عن طريق كربنة الألياف العضوية في درجات حرارة عالية في جو خامل. وهو مادة تقوية ممتازة نظرًا لخصائصه قوة عالية، معامل مرونة عالي، خصائص حرارية فائقة، استقرار كيميائي، وخصائص تخميد، وتقليل الاهتزاز، وتقليل الضوضاء .

مقارنة مع المواد المركبة بالحرارة التقليدية ، تقدم المركبات البلاستيكية الحرارية دورات صب أقصر، سمية أقل في التركيب الكيميائي، صلابة أعلى، مقاومة أفضل للصدمات وتحمل الضرر، عمر تخزين أطول للمواد مسبقة التشريب، وقدرة أكبر على الإنتاج الضخم .

تجمع المركبات الحرارية البلاستيكية المقواة بالكربون الكربوني (CF) بين مزايا أداء كلٍّ من ألياف الكربون والراتنج الحراري البلاستيكي. فهي لا تخضع للتشابك الكيميائي بعد التشكيل، ويمكن إعادة صهرها وتشكيلها، مما يُسهّل إعادة التدوير والاستخدام، ويُعالج مشاكل التخلص من مواد الكربون الكربوني المُصلبة بالحرارة عند انتهاء عمرها الافتراضي. أثناء المعالجة، تخضع المركبات الحرارية البلاستيكية المصنوعة من ألياف الكربون للتبلور والتحول الزجاجي، بينما تخضع المركبات الحرارية البلاستيكية المصنوعة من ألياف الكربون لتفاعلات التشابك والتصلب.

من الناحية الفنية، تعد مركبات CF البلاستيكية الحرارية أكثر تحديًا للتشريب أثناء الإنتاج مقارنة بمركبات CF الصلبة بالحرارة، ولكنها توفر مزايا واضحة: دورات صب أقصر، ومقاومة فائقة للصدمات، وقابلية اللحام، وقدرة صب ثانوية، ومرونة تصميم أكبر .

المكونات المصنوعة من مركبات البلاستيك الحراري المقواة بألياف الكربون هي عادة خفيفة الوزن، عالية القوة، متينة، وقابلة لإعادة التدوير . لديهم آفاق تطبيق واسعة في الفضاء والجيش والآلات المتطورة والمعدات الطبية وغيرها من المجالات .

تختلف المواد المركبة المقواة بألياف الكربون عن مواد FRP التقليدية المقواة بألياف زجاجية أو ألياف أراميد. تتميز مركبات CFRP (البلاستيك المقوى بألياف الكربون) بخصائص استثنائية، منها:

ل وزن خفيف : تستخدم المركبات المقواة بألياف الزجاج التقليدية ألياف زجاجية مستمرة بنسبة وزن تبلغ 70% (زجاج/وزن إجمالي)، وتصل عادة إلى كثافة تبلغ 0.065 رطل لكل بوصة مكعبة.

قوة عالية على الرغم من خفة وزنها، تتمتع مركبات البلاستيك المقوى بألياف الكربون (CFRP) بقوة وصلابة أعلى بكثير لكل وحدة وزن من مركبات الألياف الزجاجية. وتزداد هذه الميزة وضوحًا عند مقارنتها بالمعادن.

على سبيل المثال، تظهر التجربة أن مواد CFRP تزن فقط 1/5 من الفولاذ بقوة مكافئة. من الواضح لماذا يستكشف مصنعو السيارات بنشاط ألياف الكربون كبديل للفولاذ لتحسين أداء المركبات. عند مقارنته بالألمنيوم - أحد أخف المعادن - بافتراضات القوة المكافئة، لا يزال وزن الألومنيوم حوالي 1.5 مرة أكثر من ألياف الكربون.

تشمل الراتنجات الشائعة المستخدمة في المركبات الحرارية البلاستيكية المقواة بألياف الكربون ما يلي: PEEK (بولي إيثير إيثير كيتون)، وTPI (بولي إيميد حراري)، وPPS (كبريتيد بولي فينيلين)، وPEKK (بولي إيثير كيتون كيتون) .

فيما يلي مقدمة موجزة لثلاثة أنواع: بولي إيميد حراري مقوى بألياف الكربون، وكبريتيد بولي فينيلين مقوى بألياف الكربون، وبولي إيثر إيثير كيتون مقوى بألياف الكربون .

1.

مركبات البولي إيميد الحرارية المقواة بألياف الكربون

باعتبارها جيلًا جديدًا من البلاستيكات الهندسية المتخصصة عالية الأداء، فإنها تحتفظ بالقوة العالية، ومقاومة درجات الحرارة العالية، والمقاومة الكيميائية، والخصائص العازلة الجيدة، ومقاومة الإشعاع التي تتميز بها البولي إيميدات الحرارية التقليدية. كما تتميز بمتانة فائقة ومزايا معالجة حرارية، مما يسمح ليس فقط بالضغط الساخن، بل أيضًا بالبثق والقولبة بالحقن. تُحسّن إضافة ألياف الكربون بشكل كبير الخصائص الميكانيكية للبولي إيميدات الحرارية؛ فعندما يصل حجم ألياف الكربون إلى 30% ، قوة الشد والانحناء حوالي 2-3 مرات من الراتنج النقي. كما أن تعزيز ألياف الكربون يضفي أيضًا مقاومة أفضل للحرارة والأداء الميكانيكي ، مما يجعل مركبات البولي إيميد الحرارية مثالية لـ تطبيقات عالية الجودة ومقاومة للتآكل والتآكل .

2.

مركبات البولي فينيلين كبريتيد المقواة بألياف الكربون (PPS)
يُعد كبريتيد البوليفينيلين (PPS) أيضًا أحد أكثر الراتنجات الحرارية البلاستيكية شيوعًا في صناعة المركبات. خصائص ميكانيكية ممتازة، ومقاومة للتآكل، ومقاومة طبيعية للهب مما يجعلها مادة مصفوفة شائعة لمختلف المركبات عالية الأداء. تتأثر الخصائص الميكانيكية لمركبات PPS المقواة بألياف الكربون بمحتوى ألياف الكربون؛ فعند حد معين، يؤدي ارتفاع محتوى ألياف الكربون إلى زيادة قدرة تحمل الأحمال. وقد أظهرت التجارب أنه حتى في ظل تقلبات درجات الحرارة التي تصل إلى 100 درجة مئوية، تحافظ ألواح PPS المركبة المقواة بألياف الكربون المستمرة على ثبات جيد في مقاومة القص بين الصفائح (ILSS).

3.

مركبات البولي إيثر إيثر كيتون المقواة بألياف الكربون (PEEK)

تشتهر مركبات البولي إيثر إيثر كيتون (PEEK) بـ صلابة عالية، واستقرار أبعادي ممتاز، ومعامل تمدد حراري منخفض، والقدرة على تحمل ضغوط هائلة دون استطالة كبيرة بمرور الوقت علاوة على ذلك، لدى PEEK كثافة منخفضة، وقابلية معالجة جيدة، ومناسبة للمكونات التي تتطلب دقة عالية . PEEK بحد ذاته هو أحد الراتنجات البلاستيكية الحرارية ذات المقاومة الممتازة للحرارة، حيث يتحمل درجات حرارة التشغيل طويلة الأمد حتى 250 درجة مئوية بينما تظل خصائصه الميكانيكية دون أن تتأثر إلى حد كبير في مثل هذه البيئات ذات درجات الحرارة العالية. باستخدام ألياف الكربون كتعزيز، أداء PEEK من حيث يتم تعزيز القوة والصلابة ومقاومة التآكل بشكل أكبر ، مما يُطيل عمر المنتج بشكل ملحوظ. وقد أظهرت الدراسات التجريبية أنه عند تركيز ألياف الكربون بنسبة تتراوح بين 30% و40%، تتحسن مقاومة التآكل للمادة المركبة القائمة على PEEK بشكل ملحوظ. كما أن إضافة ألياف الكربون تُعزز بشكل فعال قيمة تطبيقها ونطاقها.

لمزيد من المعلومات حول المواد المقواة بألياف الكربون، يرجى الاتصال بفريق المبيعات الفنية لدينا.

اطلب أوراق البيانات التفصيلية أو العينات أو الأسعار لترى كيف يمكن لهذا المركب عالي الأداء أن يعزز منتجاتك.