수지 매트릭스와 경화 메커니즘의 필수 차이
열 셋 탄소 섬유
에폭시, 폴리 에스테르 또는 페놀 수지와 같은 열 세팅 탄소 섬유에 일반적으로 사용되는 수지는 케이크를 베이킹하는 것으로 생각할 수 있습니다. 따라서, 이는 수지가 액체 형태로 존재하여 탄소 섬유 직조로 쉽게 임신 할 수 있습니다. 경화 과정에서 (열 또는 화학 물질 촉매에 의해 트리거 됨), Cross - 연결이라는 돌이킬 수없는 화학적 변형을 겪습니다. 이 공정은 중합체 사슬 사이에 내구성 있고 영구적 인 공유 결합을 형성하여 단단한 3 - 치수 구조를 생성합니다. 일단 경화되면, 써모 세트는 용융되거나 재 형성 될 수 없습니다. 영구적으로 설정되어 있으므로이 이름을 지니고 있습니다.
열가소성 탄소 섬유
열가소성 탄소 섬유에 일반적으로 사용되는 수지는 폴리 에테르 케톤, 폴리 테이 미드 또는 폴리 아미드입니다. 열가소성 수지는 초콜릿처럼 행동합니다. 방울 방울은 화학적 가교가없는 긴 중합체 사슬로 구성됩니다. 용융점 위로 가열되면, 그들은 원하는대로 형성 될 수있는 점성 액체로 부드럽게됩니다. 냉각되면 그들은 그 모양을 강화하고 유지합니다. 이 변화는 순전히 물리적이고 완전히 가역적이어서 화학적 무결성의 손실이 거의 없어 반복적으로 녹고 다시 분류 될 수 있습니다. 이 고유 한 가역성은 열가소성 탄소 섬유 복합재의 많은 현대적인 사용의 주요 이점입니다.
서모 세트 및 열가소성 탄소 섬유 복합재의 기계 및 환경 특성
전통적으로, 열 세트 복합재, 특히 에폭시 수지로 만든 복합재는 높은 - 강도 응용 분야의 벤치 마크였습니다. 그들의 단단하게 연결된 분자 구조는 탁월한 강성과 크리프에 대한 탁월한 저항 (연장 된 응력 하에서 점진적으로 변형)을 제공하여 1 차 항공기 구조와 높은 - 성능 자동차 부품에 이상적입니다. 또한 고온에서 우수한 기계적 특성과 안정성을 유지하는 경향이 있습니다. 예를 들어, 주요 제조업체 Toray는 1 차 항공기 구조에 대해 Thermoset Prepregs를 제공하며 25 년 이상 신뢰성을 입증했습니다.
그러나 높은 - 성능 열가소성이 성능 간격을 빠르게 폐쇄하고 있습니다. 예를 들어, 탄소 섬유 - 강화 엿보기 (cf - 엿보기)는 많은 열경 집합 복합재의 경쟁 또는 능력을 능가하는 뛰어난 기계적 특성을 나타냅니다. 한 연구에서 CF - 엿보기는 425 MPa의 인장 강도를 보여 주었고, 유사한 CF - 에폭시 복합재는 311 MPa의 인장 강도를 가졌다. 또 다른 연구는 CF/에폭시 복합재와 비교하여 특정 CF/PEEK 복합재에 대한 탄성 계수가 더 낮은 것으로보고되었지만, 엿보기 버전은 스레드 강도 2.15 배 더 큰 스레드 강도를 나타냈다.
충격 저항과 인성의 비교
열가소성 탄소 섬유는 중합체 사슬이 에너지를 움직이고 흡수하여 치명적인 균열 전파를 방지 할 수 있기 때문에 충격 저항성이 상당히 높아집니다. 대조적으로, 열경 집합 플라스틱의 강성 연결된 구조는 그것들을 더욱 부서지게 만드는 경향이있다. 이 우수한 강인성으로 인해 열가소성 복합재는 동체 스킨, 날개 선행 가장자리 및 자동차 충돌 구조와 같은 충격을받는 부품에 특히 가치가 있습니다. 연구에 따르면 높은 - 속도 충격 테스트에서 열가소성 복합재는 CF - 에스파치 수지와 같은 열 세트 복합재를 능가하여 더 높은 충격 저항성을 나타내고 손상이 적습니다. 이 향상된 내구성은 다음 - 생성 항공 우주 및 방어 적용에서 열가소성 탄소 섬유의 사용의 원동력입니다.
화학 및 환경 저항
두 재료 모두 환경 요인에 대한 탁월한 저항성을 제공하며, 부식 된 금속보다 중요한 이점입니다. 일단 경화되면, 열경색은 화학 물질과 용매에 대한 탁월한 저항으로 유명합니다. 열가소성 성은 또한 높은 화학적 저항성을 나타내며, 엿보기 및 PPS와 같은 중합체는 광범위한 화학 물질에 대한 놀라운 불활성을 나타냅니다. 이 화학적 안정성은 고급 열경색 및 열가소성 탄소 섬유 복합재로 만든 구성 요소의 긴 - 용어 내구성에 더 기여합니다.
서모 셋 및 열가소성 탄소 섬유 재료에 대한 제조의 영향
전통적인 써모스셋 재료
전통적으로 항공 우주 응용을위한 열 세트 탄소 섬유 부품 제조는 정확하고 시간 - 소비 공정입니다. 일반적으로 Prepreg 시트의 수동 또는 자동 배치를 금형에 배치 한 다음 Autoclave (크고 가압 된 오븐)에서 연장 경화 사이클이 필요합니다. 이러한 경화 단계는 -을 완전히 교차하는 데 몇 시간이 걸릴 수 있습니다. 일반적인 제조 기술에는 핸드 레이 업, 압축 성형 및 수지 전달 성형이 포함됩니다. 이러한 프로세스는 높은 - 품질, 신뢰할 수있는 부품을 생산할 수 있지만 느리고 에너지 - 집중적 인 생산 병목 현상을 생성합니다. 항공기 제조업체가 역사적인 최고치로 생산을 늘리기 위해 노력함에 따라이 한계는 상당한 도전을 제시합니다.
높은 - 성능 열가소성 복합 제조
높은 - 성능 열가소성 복합재의 제조는 생산 효율의 주요 전환을 나타냅니다. 과정은 물리적 용융 및 응고를 포함하기 때문에 사이클 시간은 몇 시간에서 몇 분에서 몇 분까지 크게 줄어 듭니다. 이를 통해 열광성, 스탬핑, 자동 섬유 배치 (AFP) 및 - 현장 통합을 포함하여 플라스틱 산업에서 흔히 볼 수있는 높은 - 속도, 자동 제조 방법을 채택 할 수 있습니다. - SITU COLIDATION - 단일 단계 -에서 가열, 배치 및 통합은 AutoCLAVE에서 Post - 커링의 필요성을 제거하여 생산을 상당히 단순화합니다. 빠르고 지속적으로 및 자동으로 제조하는 능력은 열경화성 및 열가소성 탄소 섬유 복합재 모두에 대한 관심을 유도하는 핵심 요소입니다. 그러나, 높은 - 성능 열가소성 복합재는 많은 에폭시 수지의 일반적인 가공 온도와 비교하여 일반적으로 400도 정도의 가공 온도가 더 높아서 특수 장비의 사용이 필요합니다.
서모 세트 및 열가소 성 탄소 섬유 복합재는 다른 산업에 영향을 미칩니다.
스포츠 용품
테니스 라켓에서 자전거 프레임에 이르기까지 열경색의 가볍고 뻣뻣한 특성은 오랫동안 주류였습니다.
선박
선체 및 상부 구조에 사용됩니다. 에너지 : 풍력 터빈 블레이드 및 압축 천연 가스 탱크.
의료
임플란트와 보철의 경우, 엿보기와 같은 재료의 생체 적합성과 강도는 매우 중요합니다.
결론
이 모든 작업에 적합한 재료이 열성 세트 및 열가소성 탄소 섬유 복합재를 지속적으로 비교할 때 단일 "더 나은"재료는 없습니다. 최상의 선택은 전적으로 응용 프로그램의 특정 요구 사항에 따라 다릅니다. 열 세트 복합재는 가장 높은 강도, 강성 및 높은 - 온도 성능을 요구하는 응용 분야의 입증 된 작업자로 남아 있으며, 생산 시간이 길어질 수 있습니다. 항공 우주 산업에서의 유산은 신뢰성과 성능에 대한 증거입니다. 반면에 열가소성 복합재는 높은 - 볼륨, 지속 가능한 복합 제조의 미래를 나타냅니다. 그들의 주요 장점 - 강인함, 빠른 처리주기 및 재활용 성 -는 차세대 항공기, 자동차 및 소비자 제품에 대한 선택의 재료로 만듭니다.
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