هل ستشوه مكونات ألياف الكربون من معززة القابض في درجات حرارة عالية؟

أصبحت المواد المركبة من ألياف الكربون ممثلاً للمواد الراقية في حقول السيارات ، والفضاء ، وما إلى ذلك. بسبب خصائصها الخفيفة والخفيفة. كمكون رئيسي في القابض الداعم ، قد اجتذب الاستقرار الحراري لمكونات ألياف الكربون الكثير من الاهتمام: هل ستشوه هذه المواد وتفشل في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة؟

1. المزايا المتأصلة وعتبة درجة الحرارة لمواد ألياف الكربون
يتكون ألياف الكربون من polyacrylonitrile (PAN) ويشكل بنية بلورية من الجرافيت بعد معالجة الكربنة عالية الحرارة. يمكن أن تصل قوة الشد المحورية إلى أكثر من 5 أضعاف قوة الصلب ، في حين أن كثافتها ليست سوى 1/4 من الصلب. ومع ذلك ، يعتمد ثباته الحراري على أداء مصفوفة الراتنج. درجة حرارة انتقال مصفوفة راتنجات الايبوكسي الشائعة (TG) حوالي 120-180 ℃. عندما يتم تجاوز درجة الحرارة هذه ، سيتم تليين الراتنج وسنقص تصلب المادة.
عادة ما تستخدم مكونات ألياف الكربون المستخدمة في معززة القابض راتنجات معدلة مقاومة للدرجات الحرارة العالية (مثل Bismaleimide أو polyimide) لزيادة TG إلى أكثر من 250 ℃. في الوقت نفسه ، تكون درجة حرارة التحلل الحراري لألياف الكربون نفسها تصل إلى 3000 ℃ ، مما يعني أنه في ظل ظروف العمل العادية (عادة ما تكون درجة حرارة نظام القابض ≤200 ℃) ، لن يتلف بنية المواد بشكل أساسي.
2. التحقق من الأداء في ظل الظروف القاسية
لمحاكاة ظروف العمل الفعلية ، أجرينا اختبارات حرارية منهجية على مكونات ألياف الكربون معززة القابض:
تأثير درجات الحرارة المرتفعة على المدى القصير: في بيئة 250 ℃ لمدة 30 دقيقة ، يكون معدل تغيير حجم المكون <0.05 ٪ ، وهو أقل بكثير من 0.12 ٪ من سبيكة الألمنيوم ؛
اختبار الدورة الحرارية: بعد 1000 دورة من -40 ℃ إلى 200 ℃ ، يكون معدل الاحتفاظ بقوة القص بين الطبقة البينية> 92 ٪ ؛
اختبار الحمل الديناميكي: تطبيق عزم الدوران 200n · m عند 180 ℃ ، فإن تشوه مكونات ألياف الكربون هو 1/3 فقط من الأجزاء الصلب التقليدية.
توضح البيانات أنه من خلال تعديل مصفوفة الراتنج وتحسين طبقة الألياف (مثل التصفيح المتعامد 0 °/90 °) ، فإن مقاومة زحف مكونات ألياف الكربون في درجات حرارة عالية أفضل بكثير من مواد المعادن. السر هو أن الموصلية الحرارية العالية لألياف الكربون (الموصلية الحرارية المحورية التي تصل إلى 800 واط/م · ك) يمكن أن تفرق بسرعة النقاط الساخنة المحلية ، في حين أن صلابة الراتنج تخزن تركيز الإجهاد الحراري.
3. ترقيات التكنولوجيا تخترق القيود التقليدية
لسيناريوهات الاستخدام المتطرف (مثل الانتقال شبه المتكرر لسيارات السباق أو بيئات درجات الحرارة العالية في الصحارى) ، يعزز القابض الداعم الاستقرار الحراري من خلال ثلاث تقنيات:
طلاء نانو سيراميك: رش طلاء مركب 50μm al₂o₃ sic على سطح المكون لزيادة حد درجة الحرارة العلوية للسطح إلى 400 ℃ ؛
تحسين عملية prepreg: استخدام تقنية RTM (صب الراتنج) عالي الضغط للتحكم في المسامية أقل من 0.3 ٪ وتقليل خطر إزالة الواجهة في درجات حرارة عالية ؛
مراقبة درجة الحرارة الذكية: مراقبة أجهزة استشعار الألياف البصرية المتكاملة في الوقت الفعلي وضبط استراتيجية مشاركة القابض تلقائيًا عندما تقترب من القيمة الحرجة .