يمكن أن يؤدي اختيار ألياف الكربون الخاطئة إلى زيادة التكاليف بمقدار 40% والتسبب في فشل المشروع. يكشف دليل اختيار ألياف الكربون هذا عن كيفية اختيار مهندسي الطيران والسيارات والروبوتات للمواد المثلى .

دليل اختيار ألياف الكربون

1. فهم أساسيات ألياف الكربون

التركيبة: >90% ذرات كربون (من PAN أو سلائف الزفت).

الخصائص الرئيسية:

  • نسبة قوة إلى وزن عالية (أقوى 5 مرات من الفولاذ بربع الوزن)
  • نسبة الصلابة إلى الوزن العالية
  • تمدد حراري منخفض
  • مقاومة ممتازة للإجهاد
  • مقاومة التآكل
  • الموصلية الكهربائية
  • متباينة الخواص: تختلف الخصائص باختلاف اتجاه الألياف.

2. معلمات الاختيار الحرجة

- أحادي الاتجاه (UD): الألياف كلها في 0 درجة. أقصى قوة/صلابة في الاتجاه الأساسي. شرائح.

- نسج عادي: بسيط فوق/تحت. ثبات جيد وخصائص متوازنة. أسهل في التعامل.

- نسج قطني طويل (2×2، 4×4): ثنيات أكثر نعومة وتوافقاً أفضل من السادة. خطوط معقدة.

- نسج الساتان (مثل 5HS، 8HS): ثنى ممتاز، تجعيد منخفض. قوالب معقدة، أسطح عالية الجودة.

- أقمشة غير مجعدة (NCF): طبقات مخيطة من طبقات متداخلة من الألياف غير المجعدة أو المنسوجة. أداء ميكانيكي أعلى.

  • سحب صغير (1 ك - 12 ك):
  • ثنى أفضل، تشطيب أفضل للسطح. أشكال معقدة، سلع رياضية.
  • سحب كبير (24 ألف - 50 ألف فأكثر):
  • تكلفة أقل لكل كيلوغرام، ومعدلات ترسيب أعلى. سيارات، صناعية.

- أحادي الاتجاه (UD): الألياف كلها في 0 درجة. أقصى قوة/صلابة في الاتجاه الأساسي. شرائح.

- نسج عادي: بسيط فوق/تحت. ثبات جيد وخصائص متوازنة. أسهل في التعامل.

- نسج قطني طويل (2×2، 4×4): ثنيات أكثر نعومة وتوافقاً أفضل من السادة. خطوط معقدة.

- نسج الساتان (مثل 5HS، 8HS): ثنى ممتاز، تجعيد منخفض. قوالب معقدة، أسطح عالية الجودة.

- أقمشة غير مجعدة (NCF): طبقات مخيطة من طبقات متداخلة من الألياف غير المجعدة أو المنسوجة. أداء ميكانيكي أعلى.

بعض النسج الشائعة

نسج ألياف الكربون

الوزن لكل وحدة مساحة (غم/م² أو أوقية/د²). يؤثر على سماكة الصفائح ومحتوى الراتنج وزمن العملية.

التأكد من التوافق مع نظام الراتنج المختار (إيبوكسي، بوليستر، فينيل إستر، بيسماليميد، بلاستيك حراري).

ضروري للالتصاق بين الألياف والمصفوفة (قوة الرابطة). تحدد على أساس نوع الراتنج.

- قماش جاف: يتطلب نقع الراتنج.

- بريبريغ: مشبع مسبقاً بالراتنج (تخزين مجمد). جودة متناسقة وأسهل في التركيب.

- خيوط/حصيرة مقطعة: لمركبات التشكيل، تقوية الألياف القصيرة.

- المقاطع الجانبية المتطايرة: مقاطع عرضية ثابتة (قضبان وأنابيب).

3. التوصيات المستندة إلى التطبيق

  • الفضاء الجوي (الهياكل الأساسية): ألياف IM أو HM، ألياف مسبقة الصنع رقيقة الطبقات رقيقة أو منسوجة على شكل طبقات رقيقة أو منسوجة، تحكم عالي المحتوى من الراتنج.
  • السيارات (الأداء): ألياف SM أو IM، وأقمشة السحب الكبيرة أو NCF، وأنظمة ما قبل المعالجة السريعة/أنظمة الراتنج.
  • السلع الرياضية (الدراجات والمضارب): الألياف SM أو IM، وألياف قماش قطني طويل 3K للخصائص الجمالية، وألياف UD لمناطق الأداء، والطبقات المسبق أو الرطبة.
  • الإلكترونيات الاستهلاكية: ألياف HM للصلابة، ونسج رقيقة أو UD للملامح الأنيقة، ودرجات التدريع الكهرومغناطيسي.
  • صناعي/روبوتات: ألياف SM أو IM، وأقمشة السحب الكبيرة الفعالة من حيث التكلفة، وراتنجات الإيبوكسي أو راتنجات إستر الفينيل.
  • البحرية: ألياف SM، أقمشة منسوجة (نسيج قطني طويل/ساتان)، فينيليستر أو إيبوكسي لمقاومة التآكل.

4. اعتبارات الموردين والجودة

  • سمعة المورد: شهادات (AS9100، ISO 9001)، تراث الفضاء الجوي.
  • الاتساق: التباين من دفعة إلى أخرى في الخصائص والحجم والوزن.
  • توافر البيانات: الوصول إلى بيانات الخواص الميكانيكية المعتمدة (الشد والضغط والقص).
  • المهلة الزمنية والتوافر: أمر بالغ الأهمية لتخطيط المشروع.

5. اعتبارات المعالجة

  • وضع يدوي (مبلل): اختر أقمشة ذات ثنيات جيدة (قماش قطني طويل، ساتان)، ووزن مساحي يمكن التحكم فيه.
  • التسريب الراتنجي (VARTM، RTM): اختر أقمشة/مرفقات نفاذية/مرفقات غير منفصلة ووسائط تدفق متوافقة.
  • وضع ما قبل التصنيع: يتطلب معالجة بالأوتوكلاف/الفرن. ضع في اعتبارك المسامير والعمر الافتراضي ودورة المعالجة.
  • القوالب الضاغطة: الألياف المقطعة أو SMC أو الأقمشة مسبقة التشكيل.
  • المعالجات الآلية (ATL/AFP): أشرطة UD أو أقمشة مشقوقة. تحكم دقيق في العرض.

6. تحسين التكلفة

  • التقييم: السحب الكبير مقابل السحب الصغير، والنسيج الجاف مقابل النسيج الجاف مقابل النسيج المسبق التجهيز، والمعامل القياسي مقابل المعامل العالي.

  • تقليل النفايات إلى الحد الأدنى: التعشيش الفعال وطرق القطع المثلى.

  • كفاءة العملية: راتنجات أسرع في العلاج، وتقنيات عمل أقل (الأتمتة، التسريب).

7. مخطط انسيابية القرارات الرئيسية

  1. تحديد متطلبات التطبيق: الأحمال (الشد، والضغط، والقص)، والصلابة، وأهداف الوزن، والبيئة، وعوامل الأمان.
  2. تحديد الخصائص الحرجة: هل القوة، أم الصلابة، أم مقاومة الصدمات، أم عمر التعب هو الأهم؟
  3. النظر في طريقة التصنيع: التصفيف الرطب، ما قبل التجهيز، التسريب، الصب؟
  4. اختر نوع الألياف وحجم السحب: SM، IM، HM؟ 3 ك، 12 ك، 50 ك؟
  5. اختر النسج والوزن المساحي: UD، عادي، قماش قطني طويل، حريري؟ ما الغرام/م²؟
  6. حدد توافق الراتنج وشكله: ما قبل التركيب أم النسيج الجاف؟ نظام الراتنج المتوافق.
  7. تقييم الموردين والتكلفة: وازن بين الأداء والجودة والميزانية.
  8. النموذج الأولي والاختبار: التحقق من صحة الاختيار قبل الإنتاج على نطاق كامل.

8. ملاحظات مهمة

  • استشر الخبراء: أشرك علماء المواد أو مهندسي التركيبات في وقت مبكر.
  • الاختبار: أوراق بيانات المواد هي أدلة إرشادية؛ قم بإجراء اختبار خاص بالتطبيق.
  • النظر في النظام بأكمله: الألياف مكون واحد فقط. الراتنج، واللب (إذا كان ساندويتش)، وعملية التصنيع على نفس القدر من الأهمية.
  • الاستدامة: استكشف خيارات ألياف الكربون المعاد تدويرها حيثما يسمح الأداء.

هل ما زلت مرتبكاً؟ اتصل بنا هنا