Quines són les diferències de composites de fibra de carboni termoplàstiques a temperatures altes?

Els compostos de fibra de carboni termoplàstics són nous materials compostos compostos per reforç de fibra de carboni i matriu de resina termoplàstica. La fibra de carboni com a reforç té les característiques d’alta resistència, mòdul elevat i baixa densitat, proporcionant excel·lents propietats mecàniques per a materials compostos. Les matrius de resina termoplàstica d'ús comú inclouen polietheretherketona (PEEK), sulfur de polifenilè (PPS) i poliamida (PA), etc. Aquestes resines donen als materials compostos una bona plasticitat i reciclabilitat.

Les propietats bàsiques dels compostos de fibra de carboni termoplàstica inclouen una gran resistència, alta rigidesa, baixa densitat, resistència a la corrosió i designabilitat. En comparació amb els compostos termosetting, els compostos termoplàstics tenen una millor resistència a l’impacte, un cicle de modelat més curt i la soldabilitat. A més, els compostos termoplàstics mostren una millor duresa i tolerància als danys a temperatures elevades, cosa que els proporciona avantatges significatius en les aplicacions ambientals d’alta temperatura.

Els compostos de fibra de carboni termoplàstiques mostren una excel·lent retenció de propietats mecàniques en condicions d’alta temperatura. Els estudis han demostrat que aquests materials encara poden mantenir una gran resistència i mòdul fins i tot en condicions de temperatura elevada per sobre dels 200 graus. Per exemple, la taxa de retenció de força dels compostos de fibra de carboni basats en PEEK a 200 graus pot arribar a superar el 80%, la qual cosa és molt superior a la dels compostos tradicionals de termoset.

L’efecte de l’alta temperatura sobre les propietats mecàniques dels compostos de fibra de carboni termoplàstica es reflecteix principalment en el grau de suavització de la matriu de resina i la força d’enllaç de la interfície. A mesura que la temperatura augmenta, el mòdul de la matriu de resina disminueix, donant lloc a una disminució de la rigidesa general del compost. No obstant això, a causa de l'estabilitat d'alta temperatura del reforç de la fibra de carboni, la disminució de la força del compost és relativament petita. A més, la selecció raonable de la matriu de resina i l’optimització de l’enllaç de la interfície poden millorar eficaçment les propietats mecàniques d’alta temperatura del compost.

Els compostos de fibra de carboni termoplàstiques presenten una excel·lent estabilitat tèrmica i una resistència a la fluïdesa a temperatures altes. L’estabilitat tèrmica es reflecteix principalment en l’estabilitat dimensional i l’estabilitat química del material en un entorn d’alta temperatura. Per exemple, els compostos de fibra de carboni basats en PEEK es poden utilitzar durant molt de temps a 250 graus i la temperatura d’ús a curt termini pot arribar a superar els 300 graus i mantenir una bona estabilitat dimensional i inertitud química dins d’aquest rang de temperatura.

La resistència al fluix és un indicador important per mesurar la capacitat d’un material per resistir la deformació a alta temperatura i càrrega contínua. A causa de la presència de reforç de fibra de carboni, els compostos de fibra de carboni termoplàstiques presenten una excel·lent resistència al fluix a temperatures elevades. Els estudis han demostrat que a 200 graus i la càrrega constant, la soca fluix dels compostos de fibra de carboni basats en PEEK és significativament inferior a la dels materials metàl·lics tradicionals, i la taxa de fluïdesa disminueix gradualment amb el temps. Aquesta excel·lent resistència al creep fa que els compostos de fibra de carboni termoplàstics tinguin perspectives d’aplicació àmplies en estructures de càrrega a alta temperatura.

A més d’excel·lents propietats mecàniques i estabilitat tèrmica, els compostos de fibra de carboni termoplàstiques també presenten propietats funcionals úniques a altes temperatures. El primer és la conductivitat elèctrica. La fibra de carboni en si mateixa té una bona conductivitat elèctrica, cosa que permet al material compost mantenir una conductivitat elèctrica estable a temperatures elevades. Aquesta característica permet utilitzar composites de fibra de carboni termoplàstica per a la dissipació estàtica i el blindatge electromagnètic en ambients d’alta temperatura.

El segon és la conductivitat tèrmica. Tot i que la conductivitat tèrmica de la matriu de resina és pobra, l’elevada conductivitat tèrmica de la fibra de carboni fa que el material compost en conjunt tingui una bona conductivitat tèrmica. En un entorn d’alta temperatura, aquesta conductivitat tèrmica ajuda a la ràpida difusió de la calor, impedeix el sobreescalfament local i millora la seguretat del material.

L’últim és el rendiment de blindatge electromagnètic. L’estructura de xarxa conductora de la fibra de carboni permet als compostos de fibra de carboni termoplàstiques mantenir bons efectes de blindatge electromagnètic a temperatures elevades. Els estudis han demostrat que fins i tot a una temperatura alta de 200 graus, els compostos de fibra de carboni basats en PEEK encara poden mantenir una efectivitat de blindatge electromagnètic de més de 60dB, molt superior als materials metàl·lics tradicionals