Стекловолокно
Подавляющее большинство всех волокон, используемых в промышленности композитов стекла. Стекло волокна старейших и, безусловно, наиболее часто используемых в подкрепление nonaerospace приложений для замены тяжелых металлических частей. Стекло весит больше, чем углерод, но и более ударопрочные. В зависимости от типа стекла, нити диаметром, калибровки химии и волокна форме, широким спектром свойств и уровней производительности может быть достигнуто.
Волокно свойства которых определяются в процессе производства волокна и ингредиентов и покрытий, используемых в этом процессе. Во время производства стекла волокна, сырье превращается в тонкий и высоко абразивных нити, диаметром от 3,5 до 24 микрометров.Силикатного песка является основным ингредиентом сырья, как правило, приходится более 50 процентов от веса стекла волокна. Оксидов металлов и других компонентов могут быть добавлены к кремнезема, и методы обработки могут быть изменены для настройки волокон для конкретных приложений.
Стекло нитей поставляются в пачках называется нитей .Нить набор непрерывных нитей стекла. передвижныхобычно относится к расслоение раскручивается нитей, упакованные как нить на большие катушки. Single-конце ровинга состоит из нитей содержащие непрерывные, несколько нитей стекла, которые работают длина нити.Несколько конец особым поручениям содержит длительным, но не совсем непрерывной нити, которые добавляются или выбросить в шахматном порядке во время буферизации процесса. Нити представляют собой наборы нитей, которые скручены.
Электрический или Е-стекла , названная так потому, что его химический состав делает его отличным электрическим изолятором, особенно хорошо подходит для приложений, в которых радиосигнала прозрачности желательно, таких как самолеты обтекатели, антенн и печатные платы компьютера. Однако, это также самый экономичный из стекловолокна для композитов, предлагая достаточно сил в большинстве приложений при относительно низкой стоимости. Она стала стандартной формы из стеклопластика, на которые приходится более 90 процентов от стоимости всех стекловолокном подкрепления. По меньшей мере 50 процентов из Е-стекла волокна оксида кремния; баланс включает оксидов алюминия, бора, кальция и / или других соединений, в том числе известняка, плавикового шпата, борной кислоты и глины.
При большей прочности желательно, высокопрочного стекла , во-первых разработанных для военного применения в 1960-х годов, является вариант. Известная как S-стекла в США, R-стекла в Европе и Т-стекла в Японии, его прядь прочность на растяжение составляет 700 KSI, с модулем упругости от 14 MSI. S-стекла значительно выше кремнезема азота, оксида алюминия и оксида магния, чем содержание Е-стекла и от 40 до 70 процентов сильнее, чем Е-стекла. Е-стекла и S-стекла потерять до половины их прочность на растяжение, как увеличение температуры от комнатной до 538 ° C/1000 ° F, хотя оба волокна типа еще выставку в целом хорошая прочность в этом повышенных температур.
Хотя стеклянные волокна имеют относительно высокую химическую стойкость, они могут быть подорваны в результате выщелачивания действие при контакте с водой.Например, Е-стекла нити 10 мкм в диаметре обычно теряет 0,7 процента от его веса при размещении в горячей воде в течение 24 часов. Скорости эрозии, однако, значительно замедляется, как выщелоченные стекло образует защитный барьер на внешней накаливания, только 0,9 процента общей потери веса происходит после семи дней экспозиции. Для медленной эрозии, влаги покрытий, таких как силан соединений, которые применяются во время производства волокна.
Коррозионно-стойкого стекла, известный как C-стекло или E-CR стекла , теряет гораздо меньше его веса при контакте с раствором кислоты, чем Е-стекла. Однако, Е-стекла и S-стекло гораздо более устойчивы к раствор карбоната натрия (базы), чем С-стекла. Бора без стеклянного волокна, с производительностью и ценой сравнимой с E-стекла, демонстрирует большую устойчивость к коррозии в кислых средах (например, E-CR стекло), выше модуль упругости и более высокую производительность при высокой температуре, чем Е-стекла.
Высокопроизводительные волокон
Высокопрочные волокна, используемые в странах с развитой композиты включают в себя не только углерод, стекло и арамидных, но высокого модуля из полиэтилена (ПЭ), бор, кварц, базальт, керамика, новые волокна, такие как поли-р фенилен-2 ,6-benzobisoxazole (ПБО ), и гибридных комбинаций, а также. Основные формы волокна для высокопроизводительных композитных приложений расслоения непрерывных волокон называется подъемников. Углеродного волокна буксировать состоит из тысяч непрерывно, раскрученные нити, с накаливания количество назначенных число и букву "K", указывая, умножение на 1.000 (например, 12K указывает накаливания кол-во 12.000). Буксирует могут быть использованы непосредственно, в таких процессах, как намотки или пултрузии, или может быть преобразован в однонаправленную ленты, ткани и других форм подкрепления.
Углеродное волокно - на сегодняшний день наиболее широко используются волокна в высокопроизводительных приложений - производится из различных прекурсоров, в том числе полиакрилонитрила (ПАН), районных и шага. Прекурсоров волокна нагревается и растягивается до создания высокопрочных волокон. Первого исполнения углеродных волокон высокой на рынке были сделаны из районных прекурсоров. ПАН-и шаг основе волокна заменили районных основе волокна в большинстве приложений, но последнего "Догбон" сечение часто делает его слой выбор для углерод / углерод (C / C) композитов. PAN основе углеродных волокон являются наиболее универсальным и широко используется. Они предлагают удивительное рядом свойств, в том числе превосходную прочность - до 1.000 KSI - и высокую жесткость. Шаг волокон, из каменноугольной смолы или нефти смол, обладают высокой до очень высокой жесткостью и низкой до отрицательного осевого КТОС. Их CTE свойства особенно полезна в космических аппаратов приложений, требующих управления температурой, таких как электронное корпуса инструмента.
Хотя они сильнее, чем стекло или арамидных волокон, углеродных волокон являются не только менее ударопрочный, но и могут испытать электрохимической коррозии в контакте с металлом. Изготовители преодолеть Последняя проблема с использованием материала барьера или вуаль слоя - часто стеклоткани и эпоксидной смолы - в течение ламината простой.
Арамидных волокон , состоящие из ароматических полиамидов, обеспечивают исключительную ударопрочность и прочность на растяжение. Стандартный высокопроизводительный арамидного волокна модуля около 20 Msi и прочность на растяжение около 500 KSI. Известный производительности в бронежилеты и другие доспехи и баллистических приложений, арамидных волокон было все большим спросом, благодаря, в частности, к росту защиты персонала и военные рынки брони вызванного конфликтов по всему миру. в свойствах арамидного также делает волокна отличный выбор для вертолетных лопастей, твердотопливных ракетных двигателей, сжатый природный газ (СПГ) танков и других частей, которые должны выдерживать высокие напряжения и вибрации.
Коммерчески доступные сверхвысокой прочностью, высоким модулем полиэтилена (ПЭ) волокон , хорошо известны за их чрезвычайно легкий вес, превосходную химическую и влаги, выдающиеся сопротивление удара, противоракетной свойств и низкой диэлектрической постоянной. Однако, ПЭ волокна имеют относительно низкое сопротивление удлинение при устойчивой загрузки, и верхний предел их температурный диапазон использования составляет около 98 ° C/210 ° F. ВКМ PE используются в гоночных корпусов лодок, лыжные палки, оффшорные швартовые канаты и других приложений, которые требуют воздействия и сопротивления влаги и легкий вес, но не нужно крайней сопротивление. По крайней мере один производитель самолетов в настоящее время использует высокого модуля ПЭ волокна для вставки в пуленепробиваемые двери кабины.
Высокая стоимость высокопроизводительных волокна могут быть сдерживающим фактором для их выбора, если производители пренебрегают изучить, как это высокая стоимость снижается за счет более высокой производительности, долговечности и дизайна свободы этих материалов привлечь к проекту и, как следствие положительный эффект эти преимущества имеют на ключевые метрики: жизненный цикл стоимости. Это особенно верно для углеродного волокна, выбор которых, исторически, осложняется значительными колебаниями в углеродных поставки волокна и спрос. Высокопроизводительные волокон генерировать постоянно высокий интерес в промышленности композитов о состоянии мировых рынков волокна, предметом ежегодно лечатся в сборник материалов по "Спрос и предложение: Расширенный волокон" функцию в разделе "Выборы в редактор," в праве.Справочник по издателю, CompositesWorld, также предлагает две конференции каждый год, которые посвящены экзаменов этих рынков:-Performance Волокна Конференции высокого и углеродного волокна конференции. Информацию конференции и сроки, посетите www.compositesworld.com / конференции .
Другие варианты волокна
Кварцевые волокна , в то время как более дорогие, чем стекло, имеют более низкую плотность, высокую прочность и жесткость выше, чем Е-стекла, и примерно в два раза удлинение до разрыва, что делает их хорошим выбором, где прочность является одной из приоритетных. Кварцевых волокон также близких к нулю CTE, они могут сохранить свои эксплуатационные свойства при непрерывном воздействии температур, достигающих 1050 ° C/1920 ° F и до 1250 ° C/2280 ° F в течение коротких периодов времени. Кварцевые волокна обладают значительно лучше, чем электромагнитные свойства стекла, а также при изготовлении деталей, таких как самолеты обтекатели.
Керамические волокна предлагаем высокого до очень высокого сопротивления, но низкая ударопрочность и относительно бедных комнатной температуре свойствами.Как правило, намного дороже, чем другие волокна, керамические, как кварц, является слой выбор, когда его преимущества оправдывают дополнительные расходы. Одно из применений керамических волокон для огнестойких завесу материала в ламинаты для самолетов интерьеры, которые должны выдерживать 1093 ° C/2000 ° F в течение 15 минут без пламени проникновения. Керамические композиционные также рассматриваются для использования в определенных тепла авиационных двигателей-приложений высокой.
Поли-р фенилен-2 ,6-benzobisoxazole (ПБО) является сравнительно недавно разработанные волокна, с модулем и прочность на разрыв почти в два раза, что из арамидных волокон и температуры разложения, что почти 100 ° C/212 ° F выше.Подходит для высокотемпературных приложений, в настоящее время используется в защитных баллистических броню, спортивные товары, изоляции и шины подкрепления.
Также последние Кроме того, базальтовых волокон являются недорогими, золотисто-коричневого цвета, цветные волокна, похожие на стекло, и в настоящее время производится в основном в России и Украине. Базальтовые экспонатов лучшую химическую и алкалиа, чем стекло, обещая дополнительные выбором для использования в укреплении бетона в инфраструктуру приложений. Каменный Век (Дубна, Россия), TechnoBasalt (Киев, Украина) и Hengdian группы Шанхай России и Золотой базальтового волокна Ко (Шанхай, Китай) являются три из растущего числа поставщиков волокна базальта.
Бор волокон пять раз сильнее и в два раза жесткой, как сталь. Они сделаны осаждения паров химических процессов, в которых бора пары осаждаются на тонкой вольфрамовой нити или углерода. Бор обеспечивает прочность, жесткость и малый вес, и обладает отличными свойствами на сжатие и изгиб сопротивления. Использует для бора композитов от спортивных товаров, таких, как удочки, клуб валов гольф, лыжи и велосипед кадров, в авиационно-космической промышленности, как разнообразны, как самолет оперения скины, фермы членов NASA космические аппараты и сборные ремонт патчи самолетов.
Волокно гибридов выгоду лучшие свойства более чем одного типа волокна и может уменьшить затраты на сырье. Гибридные композиты, которые сочетают углерода / арамидных или углерода / стеклянных волокон были успешно использованы в ребристых авиационных двигателей реверсом тяги, телескоп зеркала, карданных валов для наземного транспорта, и в инфраструктуру арене, колонка-упаковки системы, которые усиливают конкретные элементы конструкции.
Натуральные волокна - абака, кокосовый орех, лен, конопля, джут, кенаф и сизаля являются наиболее распространенными - выводятся из луба или внешней стволовых некоторых растений. Натуральные волокна пользуются более широкое использование из-за их "зелеными" атрибуты (меньше энергии для производства), легкий вес, утилизации, хорошие теплоизоляционные свойства и диоксида углерода нейтралитета (при сгорании природного волокна выделяют не больше углекислого газа, чем было потреблено расти Источник завода). Они также имеют низкую плотность любые структурные волокна, но обладают достаточной жесткости и прочности для некоторых приложений.
Автомобильной промышленности, в частности, с помощью этих волокон в традиционно неармированные пластиковые детали и даже использует их в качестве альтернативы стеклянных волокон. Природные армированных волокном реактопластов и термопластов наиболее часто встречается в дверных панелях, пакет лотки, спинки сидений и багажник лайнеров в легковых и грузовых автомобилей. Европейский изготовители лидируют в использовании этих материалов, отчасти потому, что правила в настоящее время требуют их компонентов автомобиль, нуждающийся в переработке. Натуральные волокна могут быть включены в формованные или прессованные части и, в последнее время, были использованы в прямой впрыск долго волокна (D-LFT) процесс, в котором кенафа, льна и натуральных волокон / стекла гибриды используются для укрепления полипропилена. Категория: Материалы | Добавил: UnxD (12.02.2011)
