HomePrint version English version

Kompozity s epoxidovou matricou a uhlíkovými vláknami (CFRP)


Kompozitné materiály spevnené uhlíkovými vláknami ponúkajú väčšiu tuhosť a pevnosť ako ktorékoľvek ostatné kompozity, sú však oveľa drahšie ako napr. kompozitné materiály spevnené sklenenými vláknami. Kontinuálne vlákna v polyesterovej alebo epoxidovej matrici dávajú najlepšie vlastnosti. Vlákna prenášajú mechanické zaťaženia, matrica prenáša zaťaženia na vlákna, je tvárna a húževnatá, chráni vlákna pred poškodením pri manipulácii a od okolitého prostredia. Od materiálu matrice závisí pracovná teplota a podmienky spracovania kompozitu.

Zloženie
Epoxid spevnený uhlíkovým vysokopevným vláknom, kvázi izotropné rozloženie.

Konštrukčné pravidlá
Polymérové kompozity je možné tvarovať v otvorených alebo uzatvorených formách. Pomocou metód využívajúcich uzavreté formy možno vyrobiť kompozity s orientáciou vlákien paralelne s povrchom formy (pri extrúzii je to paralelne s vnútorným povrchom otvoru zápustky). Metódy používajúce otvorené zápustky umožňujú orientáciu vlákien všetkými smermi paralelne s formou alebo vretenom. Pri pultrúzii sú vlákna orientované paralelne k vrstvenému povrchu. Metódy vrstvenia umožňujú úplnú kontrolu orientácie vlákien, používajú sa pre veľké výrobky, ktoré nepotrebujú vysoký pomer vlákno-matrica. Lamináciou a kalendaringom možno vyrábať platne, pultrúzia sa používa na dlhé kontinuálne tvary konštantného prierezu, navíjanie vlákien umožňuje výrobu dutých dlhých telies ako sú rúrky, bubny a kontajnery.
Spoje vláknových kompozitov sú vždy slabým miestom, pretože vlákna nepremosťujú spojenie. Lamináty sa obyčajne spojujú pomocou adhezív. Na zaistenie spojenia sa používajú jednoduché preplátované spoje dĺžky 25 mm, dvojnásobná dĺžka 40-50 mm je potrebná pre spoje stykové, šikmé. Diery v laminátoch dramaticky znižujú ich pevnosť, spojenia pomocou sponiek sú preto nevhodné. Výroba kompozitných materiálov je náročná na prácnosť. Nie je možné predpovedať konečnú pevnosť a spôsob porušenia pretože defekty v materiáli sa dajú ľahko vyrobiť, ale sú ťažko detekovateľné alebo opraviteľné.

Vlastnosti
PDF ikonka

Vlastnosti kompozitov spevnených dlhými vláknami výrazne závisia od výberu vlákna a matrice a spôsobu, akým sú tieto kombinované, od pomeru vlákno-matrica, dĺžky vlákna, jeho orientácie, hrúbky laminátu a prítomnosti spojovacieho prostriedku na zlepšenie spojenia vlákno-matrica. Sklenené vlákna sa vyznačujú vysokou pevnosťou pri nízkych nákladoch, uhlíkové vlákna majú veľmi vysokú pevnosť, tuhosť a nízku hustotu. Kevlarové vlákna majú vysokú pevnosť a nízku hustotu, bránia šíreniu ohňa, sú priestupné pre rádiové vlny. Polyestery sú najčastejšie používanými matricami, lebo ponúkajú dobré vlastnosti za relatívne nízku cenu. Najlepšie vlastnosti epoxidov a možnosť použitia polyamidov pri teplotách predurčujú tieto na použitie pre špeciálne použitie, sú však drahé. Pevnosť kompozitu rastie spolu s pomerom vlákno-matrica a s orientáciou vlákien paralelne so smerom zaťaženia. Čím sú vlákna dlhšie, tým je spevnenie efektívnejšie pri prenášaní zaťaženia, ale kratšie vlákna sa ľahšie spracovávajú a sú preto lacnejšie. Rastúca hrúbka laminátu vedie k redukcii pevnosti kompozitu a modulu pevnosti, pretože vzrastá pravdepodobnosť prítomnosti defektov. Vplyv prostredia, ako napr. únavové zaťaženie, vlhkosť a teplota, znižuje dovolenú pevnosť.

CFRP
Bicyklový rám z kompozitu spevneného uhlíkovými vláknami.
CFRP je ťažko spájať, preto sa rám skladá z dvoch nosníkov so spojom tvaru T.

Príklady použitia
Ľahké konštrukčné prvky v letectve, pozemná doprava a športové náradie ako golfové palice, veslá, lode a rakety, pružiny, tlakové nádoby.

Komerčné názvy
Cycom, Fiberdux, Scotchply

Literatúra
• CES EduPack 2006, Granta Design Ltd., Cambridge, UK.


Linky svet    Linky Európa    

Autor: Iždinská Z., Strojnícka fakulta STU, Katedra materiálov a technológií