碳纖增強(qiáng)尼龍的特點(diǎn)及使用范圍介紹
發(fā)布時(shí)間:2023-11-21 14:14:57 點(diǎn)擊數(shù):0
碳纖維具有質(zhì)輕、拉伸強(qiáng)度高、耐磨損、耐腐蝕、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱等特點(diǎn),與玻璃纖維相比,模量高3~5倍,因而是一種獲得高剛性和高強(qiáng)度尼龍材料的優(yōu)良增強(qiáng)材料。碳纖維復(fù)合材料可分為長(zhǎng)(連續(xù))纖維增強(qiáng)和短纖維增強(qiáng)兩大類(lèi)。纖維長(zhǎng)度可從300~400m 到幾個(gè)毫米不等。過(guò)去10年中,人們?cè)诟倪M(jìn)不同種類(lèi)的碳纖維復(fù)合材料加工方法和性能方面投入了大量的研究。從預(yù)浸樹(shù)脂到模塑法加工,從短纖維摻混塑料注射加工到層壓成型,在碳纖維復(fù)合材料及制品制作方面積累了很多成功的經(jīng)驗(yàn)。目前普遍認(rèn)為,長(zhǎng)(連續(xù))纖維有高強(qiáng)、高韌方面的優(yōu)越性,短切纖維有加工性好的特點(diǎn)。因此,長(zhǎng)碳纖維復(fù)合材料在加工上完善成型工藝、短碳纖維復(fù)合材料進(jìn)一步提高力學(xué)性能是碳纖維復(fù)合材料發(fā)展的方向。根據(jù)碳纖維長(zhǎng)度、表面處理方式及用量的不同,還可以制備綜合性能優(yōu)異、導(dǎo)電性能各異的導(dǎo)電材料,如抗靜電材料、電磁屏蔽材料、面狀發(fā)熱體材料、電極材料等。碳纖維增強(qiáng)尼龍材料近年來(lái)發(fā)展很快,因?yàn)槟猃埡吞祭w維都是各自領(lǐng)域性能優(yōu)異的材料,其復(fù)合材料綜合體現(xiàn)了二者的優(yōu)越性,強(qiáng)度與剛性比未增強(qiáng)的尼龍高很多,高溫蠕變小,熱穩(wěn)定性顯著提高,尺寸精度好,耐磨,阻尼性優(yōu)良,與玻纖增強(qiáng)尼龍相比有更好的綜合性能。
目前短碳纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料在汽車(chē)工業(yè)、體育用品、紡織機(jī)械、航空航天材料等領(lǐng)域已得到應(yīng)用 ,但有關(guān)C3D/PA復(fù)合材料應(yīng)用方面的報(bào)道并不多。隨著制備工藝的完善,性能的提高,相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)C3D/PA復(fù)合材料一定會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。
碳纖維/尼龍復(fù)合材料具備了代替金屬的優(yōu)異性能,且質(zhì)輕高韌,易于加工,其應(yīng)用范圍幾乎涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。
1、汽車(chē)工業(yè)
碳纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè),這主要是因?yàn)樯鲜霾牧系哪陀托?、耐磨性和抗蠕變性極佳,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬材料時(shí)具有重量輕的優(yōu)勢(shì)。包括PA66 在內(nèi)的多種工程塑料被碳纖維增強(qiáng)后正逐漸取代早先汽車(chē)用金屬壓鑄構(gòu)件,如燃料箱等。在美國(guó)、西歐和日本,尼龍幾乎用于汽車(chē)的所有部位,如發(fā)動(dòng)機(jī)部位、電氣部位和車(chē)體部位。碳纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料具有較強(qiáng)的耐疲勞能力,這種特性使其應(yīng)用于汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)同步驅(qū)動(dòng)齒輪的制造。德國(guó)重型柴油機(jī)就使用了這種材料制造齒輪、管接頭等零件。
2、國(guó)防工業(yè)
美國(guó)印第安納Wikon-Fiberfil公司開(kāi)發(fā)了含碳纖維40%的PA66復(fù)合材料,牌號(hào)為NylamM1501,其性能超過(guò)目前使用的其它高強(qiáng)度材料。這種材料可代替金屬,主要用于國(guó)防與宇航領(lǐng)域。美國(guó)MX導(dǎo)彈使用40%碳纖維增強(qiáng)PA66代替鋁合金制造導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)部件。英國(guó)亨廷公司開(kāi)發(fā)的火箭筒的筒體大部分為碳纖維增強(qiáng)尼龍制造,兩節(jié)型的發(fā)射筒用長(zhǎng)纖維卷繞法制造,箭彈彈尾也由上述材料制成。
3、航空航天
美國(guó)比奇飛機(jī)公司研制的雙發(fā)小型公務(wù)機(jī),其主機(jī)翼、鴨翼、穩(wěn)定翼、短艙等70%的部分使用了碳纖維增強(qiáng)/環(huán)氧/尼龍材料,新材料比傳統(tǒng)的鋁材輕19%,這對(duì)提高速度、節(jié)省燃料極其有利。美國(guó)LNP公司使用碳纖維增強(qiáng)PA612制造波音757飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上的一些部件。他們用碳纖維加入量40%的PA612注射成型尺寸為20.32cm× 30.48cm、厚度為0.0381cm的發(fā)動(dòng)機(jī)氣窗部件,有效使用期達(dá)20年以上,具有良好的經(jīng)濟(jì)性和長(zhǎng)效性。目前,波音公司正在用其制造民用飛機(jī)的機(jī)艙。
4、文體用品
日本Osaka公司計(jì)劃使用反應(yīng)式注射方式生產(chǎn)尼龍/長(zhǎng)碳纖維復(fù)合材料以滿足生產(chǎn)文體用品的要求。具體做法是:先使尼龍單體與預(yù)先放置的連續(xù)纖維進(jìn)行混合,注射成型時(shí)再引發(fā)聚合使其成型。此方式適用于制造薄壁型產(chǎn)品。該公司計(jì)劃使用其制造網(wǎng)球拍和高爾夫球棒,也可用其制造頭盔、汽車(chē)防撞杠和機(jī)器人手臂等。
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