Guida alla lavorazione dei compositi in fibra di carbonio
Compositi in fibra di carbonio: guida alla lavorazione
La lavorazione di compositi in fibra di carbonio (CF) è un'attività complicata, considerando che la maggior parte degli ingegneri che pensano di produrre o progettare provengono da un background di progettazione di parti metalliche.è stato chiamato alluminio nero e il suo design e la sua fabbricazione sono stati descritti come arte nera.Che cos'è, davvero?
Lo scopo di questa guida alla progettazione è fornire informazioni generali e specifiche sui materiali compositi in fibra di carbonio e alcune linee guida per la progettazione di prodotti leggeri ad alte prestazioni con compositi in fibra di carbonio.
Perché la fibra di carbonio?
I compositi in fibra di carbonio hanno proprietà meccaniche eccezionali rispetto ai metalli e alle plastiche omogenei.Il materiale è resistente, rigido e leggero.Questi compositi sono il materiale di scelta per le applicazioni in cui la leggerezza e le prestazioni superiori sono fondamentali, come i componenti per veicoli spaziali, aerei da combattimento e auto da corsa.
Che cosa sono i compositi in fibra di carbonio?
I materiali compositi sono realizzati combinando il rinforzo (fibra) con la matrice (resina) e questa combinazione di fibra e matrice fornisce caratteristiche superiori a entrambi i materiali da soli.In un materiale composito, la fibra porta la maggior parte del carico ed è la principale responsabile delle proprietà del materiale.La resina aiuta a trasferire il carico tra le fibre, impedisce alle fibre di deformarsi e lega insieme i materiali.
Quanto costa?
Storicamente, i compositi in fibra di carbonio sono stati molto costosi, il che ha limitato il suo utilizzo alle sole applicazioni speciali.Tuttavia, negli ultimi diciassette anni, poiché il consumo è aumentato e l'automazione nei processi di produzione è aumentata, il prezzo dei compositi in fibra di carbonio è diminuito.L'effetto combinato ha ridotto il costo complessivo dei prodotti in alluminio di fascia alta.Oggi, i compositi in fibra di carbonio sono economicamente sostenibili in molte applicazioni come articoli sportivi, barche ad alte prestazioni, veicoli ad alte prestazioni e macchinari industriali ad alte prestazioni.
Applicazioni
I materiali compositi sono estremamente versatili.L'ingegnere può scegliere tra un'ampia varietà di fibre e resine per ottenere le proprietà del materiale desiderate.Inoltre, lo spessore del materiale e l'orientamento delle fibre possono essere ottimizzati per ogni applicazione.
I vantaggi dei compositi in fibra di carbonio sono:
1.Elevata rigidità specifica (rigidezza divisa per densità)
2. Alta resistenza specifica (forza divisa per densità)
3. Coefficiente di espansione termica (CTE) estremamente basso
4.X-ray trasparente (a causa del suo basso peso molecolare)
In quali applicazioni vengono utilizzati i compositi in fibra di carbonio?
Il posizionamento unico dei compositi in fibra di carbonio con elevata resistenza specifica, rigidità e basso CTE fornisce loro un posto unico in molte aree di applicazione, come mostrato nella tabella seguente:
Applicazioni tipiche per compositi in fibra di carbonio
Informazioni di progettazione
I compositi in fibra di carbonio sono considerati "materiale di design" perché le parti possono essere adattate per avere resistenza e/o rigidità nelle direzioni e nelle posizioni necessarie.Ciò si ottiene posizionando strategicamente i materiali e orientando la direzione della fibra per soddisfare al meglio i requisiti.Inoltre, la flessibilità di progettazione e produzione offerta dai compositi in fibra di carbonio offre opportunità per ottimizzare la progettazione, ad esempio consolidando e incorporando molte funzionalità in loco, per ridurre ulteriormente il prezzo totale della parte.
utensileria
Gli stampi vengono utilizzati per definire la forma delle parti composite.La parte composita riprenderà tutte le forme e le caratteristiche degli stampi;pertanto la qualità del pezzo è fortemente influenzata dalla qualità dello stampo.Gli stampi possono essere maschili o femminili.Gli stampi femmina sono i più comuni e produrranno una parte con una superficie esterna liscia mentre uno stampo maschio produrrà una superficie interna liscia.È necessario uno stampo abbinato (maschio e femmina) se la parte viene consolidata utilizzando una pressa.
Utensili in due parti, comunemente chiamati "conchiglia"
Gli stampi possono essere realizzati con materiali compositi, epossidici caricati in metallo o lavorati a macchina da alluminio o acciaio.Il tipo di stampo e i materiali utilizzati dipendono dal tipo di pezzo e dalla quantità di produzione.
Processo di produzione
Produzione avanzata di fibra di carbonio solitamente effettuata utilizzando la fibra di carbonio preimpregnata con resine termoindurenti.I due metodi chiave utilizzati sono:
1. Disposizione delle mani
Il layup manuale di materiali tessuti preimpregnati è ancora una parte importante dell'industria manifatturiera dei compositi, che richiede le capacità e l'esperienza di una forza lavoro umana per formare tele piatte in forme complesse.È in grado di produrre parti complesse e ad alte prestazioni, ma può essere un processo costoso e altamente variabile.
2. Posizionamento automatico della fibra (AFP)
Le cose principali da considerare sono la larghezza della fibra che stai usando e il raggio del rullo di compattazione.
