Millised on termoplastiliste süsinikkiudkomposiitide erinevused kõrgel temperatuuril?

Termoplastilised süsinikkiust komposiidid on uued komposiitmaterjalid, mis koosnevad süsinikkiust tugevdamisest ja termoplastilisest vaigu maatriksist. Süsinikkiust kui tugevdusel on kõrge tugevuse, suure mooduli ja madala tihedusega, pakkudes komposiitmaterjalidele suurepäraseid mehaanilisi omadusi. Tavaliselt kasutatavad termoplastilised vaigu maatriksid hõlmavad polüeterheterketi (PEEK), polüfenüleensulfiid (PPS) ja polüamiid (PA) jne. Need vaigud annavad komposiitmaterjalidele hea plastilisuse ja ringlussevõetavuse.

Termoplastiliste süsinikkiudude komposiitide põhiomadused hõlmavad kõrge tugevust, suurt jäikust, madala tihedusega, korrosioonikindlust ja määratavust. Võrreldes termosettingkomposiitidega on termoplastilistel komposiitidel parem löögikindlus, lühem vormimistsükkel ja keevitatavus. Lisaks näitavad termoplastilised komposiidid kõrgel temperatuuril paremat sitkust ja kahjustuste tolerantsi, mis annab neile olulisi eeliseid kõrgete temperatuuride keskkonnarakendustes.

Termoplastiliste süsinikkiudude komposiidid näitavad suure temperatuuri tingimustes suurepärast mehaanilise omaduse säilitamist. Uuringud on näidanud, et sellised materjalid võivad endiselt säilitada kõrge tugevuse ja mooduli isegi kõrge temperatuuri tingimustes üle 200 kraadi. Näiteks võib PEEK-põhiste süsinikkiust komposiitide tugevuspeetumiskiirus 200 kraadi ulatuses ulatuda enam kui 80%-ni, mis on palju suurem kui traditsioonilistel termosetootmise komposiitidel.

Kõrge temperatuuri mõju termoplastiliste süsinikkiust komposiitide mehaanilistele omadustele kajastub peamiselt vaigu maatriksi pehmenemisastme ja liidese sidumise tugevuses. Temperatuuri tõustes väheneb vaigu maatriksi moodul, mille tulemuseks on komposiidi üldise jäikuse vähenemine. Kuid süsinikkiudude tugevdamise kõrge temperatuuri stabiilsuse tõttu on komposiidi tugevuse langus suhteliselt väike. Lisaks võib vaigu maatriksi mõistlik valik ja liidese sideme optimeerimine tõhusalt parandada komposiidi kõrge temperatuuriga mehaanilisi omadusi.

Termoplastiliste süsinikkiudude komposiitidel on suurepärane termiline stabiilsus ja roomata vastupidavus kõrgetel temperatuuridel. Termiline stabiilsus kajastub peamiselt materjali mõõtmelises stabiilsuses ja keemilises stabiilsuses kõrge temperatuuriga keskkonnas. Näiteks saab PEEK-põhiseid süsinikkiudude komposiite kasutada pikka aega 250 kraadi juures ja lühiajalise kasutamise temperatuur võib ulatuda üle 300 kraadi ning säilitada selle temperatuurivahemikus hea mõõtmete stabiilsuse ja keemilise inertsuse.

Roomatakistus on oluline indikaator materjali võime mõõta deformatsioonile kõrge temperatuuri ja pideva koormuse korral. Süsinikkiudude tugevdamise olemasolu tõttu on termoplastilistes süsinikkiust komposiitidel kõrge temperatuuril suurepärane roomata. Uuringud on näidanud, et 200-kraadise ja pideva koormuse korral on piilunud süsinikkiust komposiitide roomamine oluliselt madalam kui traditsioonilistel metallmaterjalidel ja roomamiskiirus väheneb järk-järgult aja jooksul. See suurepärane roomata vastupidavus muudab termoplastiliste süsinikkiudude komposiitidel laialdased väljavaated kõrgtemperatuurilistes koormuskandel.

Lisaks suurepärastele mehaanilistele omadustele ja termilisele stabiilsusele on termoplastilistes süsinikkiust komposiitidel ka ainulaadsed funktsionaalsed omadused kõrgetel temperatuuridel. Esimene on elektrijuhtivus. Süsinikkiududel endal on hea elektrijuhtivus, mis võimaldab komposiitmaterjalil säilitada stabiilse elektrijuhtivuse kõrgetel temperatuuridel. See funktsioon võimaldab termoplastiliste süsinikkiudude komposiite kasutada staatiliseks hajumiseks ja elektromagnetiliseks varjestuseks kõrge temperatuuriga keskkonnas.

Teine on soojusjuhtivus. Kuigi vaigu maatriksi soojusjuhtivus on kehv, muudab süsinikkiu kõrge soojusjuhtivus komposiitmaterjali tervikuna hea soojusjuhtivuse. Kõrge temperatuuriga keskkonnas aitab see soojusjuhtivus soojuse kiiret levitada, hoiab ära lokaalse ülekuumenemise ja parandab materjali ohutust.

Viimane on elektromagnetilise varjestuse jõudlus. Süsinikkiu juhtiv võrgustruktuur võimaldab termoplastilistel süsinikkiust komposiitidel säilitada kõrgetel temperatuuridel häid elektromagnetilisi varjestusafekte. Uuringud on näidanud, et isegi kõrgel temperatuuril 200, võivad piilunud süsinikkiust komposiidid säilitada endiselt elektromagnetilise varjestuse efektiivsuse, mis on rohkem kui 60 dB, mis on palju suurem kui traditsioonilised metallmaterjalid