Anglies pluošto armuotas plastikas (CFRP) — savybės ir panaudojimas

Anglies pluošto armuotas plastikas (CFRP): itin lengvas, labai stiprus kompozitas — naudojamas aviacijoje, automobiliuose, dviračiuose ir elektronikoje. Savybės, privalumai ir panaudojimai.

Anglies pluoštu armuotas plastikas (angl. CFRP arba CRP) yra labai stipri, lengva ir, palyginti su tradicinėmis medžiagomis, brangesnė kompozitinė medžiaga arba pluoštu armuotas plastikas. Panašiai kaip ir stiklo armuoto plastiko atveju, kompozitinei medžiagai apibūdinti paprastai vartojamas ją armuojančių pluoštų (anglies pluošto) pavadinimas. Dažniausiai plastikas yra epoksidinis, tačiau kartais naudojami ir kiti polimerai, pavyzdžiui, poliesteris, vinilo esteris arba nailonas. Kai kurių kompozitų sudėtyje yra ir anglies pluošto, ir kitų pluoštų, pavyzdžiui, kevlaro, aliuminio ir stiklo pluošto armatūros. Rečiau taip pat vartojami terminai grafitu armuotas plastikas arba grafito pluoštu armuotas plastikas (GFRP).

Savybės

• Didelis stiprumas ir standumas: anglies pluoštai suteikia kompozitui didelį traukos stiprumą ir didelį modulį, todėl CFRP konstrukcijos dažnai būna tvirtesnės nei analogiškos masės metalinės dalys.
• Mažas svoris: CFRP turi žymiai mažesnę tanką nei dauguma metalų (pvz., plienas ar aliuminis), todėl konstrukcijos gali būti lengvesnės ir efektyvesnės.
• Atsparumas korozijai: skirtingai nuo metalo, anglies pluoštu armuotas plastikas ne rūdija, todėl tinka drėgnai ir chemiškai aktyviai aplinkai.
• Termo- ir elektrinės savybės: kompozito šiluminė laidumo savybė priklauso nuo pluošto ir matricos; anglies pluoštai gali būti elektriškai laidūs, todėl reikia atsižvelgti į izoliaciją ir EMI valdymą.
• Vibracijų slopinimas ir standumo orientacija: mechaninės savybės labai priklauso nuo pluoštų orientacijos ir sluoksniavimo – galima „nubrėžti“ stipriausias kryptis pagal apkrovas.

Gamybos būdai

CFRP gaminamas įvairiais būdais, priklausomai nuo reikalavimų ir kiekio:

• Rankinis sluoksniavimas (lay-up): paprastesnės formos dalims; galimas šiltasis ir šaltasis kietinimas.
• Autoklavas: aukštos kokybės detalėms (ypač aviacijoje) – suteikia gerą išlyginimą ir aukštą pluošto tūrio dalį.
• Resin Transfer Molding (RTM): uždarose formose, geresnis paviršiaus apdirbimas ir kartotinė gamyba.
• Pultruzija: ilgi profiliai (strypai, sijų elementai) su nuolatiniu pluošto orientavimu.

Panaudojimas

Anglies pluoštu armuotas plastikas plačiai naudojamas ten, kur svarbus santykis tarp stiprumo ir svorio:

• Aviacija ir kosmosas: konstrukcinės dalys, sparnai, liemens elementai – siekiant sumažinti svorį ir kuro sąnaudas.
• Automobilių pramonė: sportiniai, aukštos klasės ir lenktyniniai automobiliai, važiuoklės elementai, kėbulo dalys; taip pat važiuoklės komponentai elektriniams automobiliams dėl svorio taupymo.
• Jachtos ir burlaiviai: korpusai ir sparnai, kur reikalingas atsparumas vandeniui ir maža masė.
• Dviračiai, motociklai, sporto įranga: rėmai, šakės, sparčiai judančios dalys ir kita įranga, kur svarbu sumažinti svorį ir padidinti standumą.
• Smulkios vartojimo prekės: nešiojami kompiuteriai, trikojai, meškerės, dažasvydžio įranga, rakečių sporto rėmeliai, styginiųinstrumentų korpusai, klasikinės gitaros stygos ir būgnų korpusai.
• Statyba ir infrastruktūra: sustiprinimai, tilto elementai, renovacijos sprendimai, kai norima sumažinti svorį arba padidinti atsparumą korozijai.
• Medicinos įranga: ortopediniai implantai, protezai ir specializuoti instrumentai, kur svarbus santykis tarp svorio ir stiprumo.

Privalumai ir trūkumai

• Privalumai: puikus stiprumo–svorio santykis, atsparumas korozijai, galimybė projektuoti kryptines savybes, ilgaamžiškumas tinkamai eksploatuojant.
• Trūkumai: didelės gamybos ir medžiagų sąnaudos, sudėtingesnis remontas (pažeidus sluoksnį, reikia specialių technologijų), sudėtingesnis perdirbimas ir atliekų tvarkymas, jautrumas smūgiams vietiškai sukeliant delaminaciją.

Aplinkos ir saugos aspektai

CFRP perdirbimas yra sudėtingesnis nei metalų — kompozitai dažnai sudeginami arba mechaniniu būdu ar šilumos apdorojimu skyla ir atskiriami komponentai. Dėl to šiuo metu intensyviai vystomi mechaniniai, cheminiai ir pyrolizės metodai, leidžiantys atgauti dalį pluoštų ar energijos. Darbo metu reikia užtikrinti tinkamą apsaugą: anglies pluošto dulkės yra aštrios ir gali dirginti odą bei kvėpavimo takus, todėl pjaustymo, šlifavimo ar termiškai apdorojant būtinos dulkių filtracijos ir asmeninės apsaugos priemonės.

Ateities tendencijos

Technologijos vystosi mažinant gamybos kainas, gerinant perdirbimo metodus ir diegiant hibridines struktūras (anglies pluoštas kartu su kitomis medžiagomis). Planuojama didinti naudojimą transporto, energetikos ir pramonės srityse, kur mažas svoris ir didelis efektyvumas suteikia ekonominių bei ekologinių pranašumų.

Apibendrinant, anglies pluoštu armuotas plastikas yra universalus ir našus sprendimas daugelyje sričių, kai prioritetas — stiprumas, standumas ir mažas svoris. Tačiau sprendžiant dėl jo taikymo reikia atsižvelgti į kainą, gamybos ir remonto galimybes bei atliekų tvarkymą.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra anglies pluoštu sustiprintas plastikas (CFRP)?

K: Kokios yra kai kurios CFRP taikymo sritys?

K: Kokios medžiagos dažniausiai naudojamos CFRP gamybai?

K: Ar CFRP yra brangus?

K: Kuo GFRP skiriasi nuo CFRP?

K.: Ar yra vartojimo prekių, kurioms naudojamas CFRP?

Paieška pagal raidę