A szénszálas pultrúzió 100-300 mm/perc sebességgel történik, 60-70% száltérfogat-aránnyal – ez nagyjából a kétszerese a kézi gyártással elérhető üvegtartalomnak. A kompromisszum: egy 12K-os szénkóc ára 20-30 dollár/kg, szemben az E-üveg roving 2-4 dollár/kg-jával, és a szén szerszámkopási sebessége 3-5-ször nagyobb, mivel a szénszálak abrazívak. Nem azért választjuk a szén pultrúziót, mert könnyebb – akkor választjuk, ha az alkatrésznek 1,200-1,800 MPa szakítószilárdságra van szüksége 1.6 g/cm³ alatti sűrűség mellett, vagy ha a hőtágulási együtthatónak (CTE) 1-2 ppm/°C-on belül kell egyeznie az acéléval a ragasztott szerelvények esetében.
Szén vs. üveg pultrúzió: Főbb paraméterkülönbségek
| Vizsgált paraméter | Szénszálas pultrúzió | Üvegszálas pultrúzió |
|---|---|---|
| Rost térfogatarány | 60-70% | 45-55% |
| Szakítószilárdság (hosszanti) | 1,200-1,800 MPa | 400-800 MPa |
| Szakító modulus | 120-160 GPa | 35-45 GPa |
| CTE (longitudinális) | -0.5 és +0.5 ppm/°C között | 8-12 ppm/°C |
| Sűrűség | 1.5-1.6 g / cmXNUMX | 1.9-2.1 g / cmXNUMX |
| Elektromos vezetőképesség | Vezetőképes (10³-10⁴ S/m) | Szigetelés (>10¹² Ω·cm) |
| szerszámkopási sebesség | 3-5-szöröse az alapértéknek | 1X alapvonal |
| Gyanta viszkozitása (impregnálás) | 200-500 cP | 300-800 cP |
| Tipikus húzási sebesség | 100-300 mm/perc | 300-800 mm/perc |
Gyanta kiválasztása: A legfontosabb elsődleges választás
A vinilészter gyanta dominál a szén-dioxid-pultrúzióban, a termelési volumen 80-90%-át teszi ki. Alacsony viszkozitása (200-400 cP 25°C-on) lehetővé teszi a 12K-50K szénkócok teljes nedvesítését 60-70%-os száltérfogat mellett anélkül, hogy magas hőmérsékletű impregnálásra lenne szükség. Az epoxi 15-25%-kal nagyobb rétegek közötti nyírószilárdságot (65-75 MPa vs. 50-60 MPa a vinilészter esetében) és jobb kifáradási ellenállást biztosít, de fűtött gyantafürdőt (40-60°C) és hosszabb szerszámtartási időt igényel. A költségkülönbség jelentős: az epoxi gyanta ára 8-15 $/kg, míg a vinilészteré 4-7 $/kg – szorozva a 30-40% gyantatartalommal, ez 2.50-4.50 $/kg többlet anyagköltséget jelent a kész profilhoz.
Szén-dioxid-pultrúziós szerszámhőmérséklet-profilja
A szénszál 10-15-ször gyorsabban vezeti a hőt, mint az üveg (axiális irányban 10-15 W/m·K vs. 1.0-1.3 W/m·K). Ez alapvetően megváltoztatja a szerszám hőmérsékleti profilját. Egy 900 mm-es, 8 mm falvastagságú, 250 mm/perc sebességgel működő szerszám esetén az ajánlott profil a következő: 1. zóna (belépés, első 150 mm) 100-110°C-on – hidegebb, mint az üveg, hogy megakadályozza a szerszámfal bőrösödését; 2. zóna (középső 300 mm) 130-140°C-on a gélesedéshez; 3. zóna (kilépés 450 mm) 160-170°C-on a végső kikeményedéshez. Gyakori hiba: üvegpultrúziós hőmérsékleti profil használata szénen. Ennek eredményeként felületi hólyagosodás keletkezik a szerszám hőmérsékleti gradiensét megelőző exoterm front miatt.
A húzóerő monitorozása mint minőségi mérőszám
A szén-dioxid-pultrúziós húzóerők 30-50%-kal nagyobbak, mint a hasonló üvegprofilok esetében – jellemzően 15-25 kN egy 50 mm × 6 mm-es sík szalagnál, szemben az üveg 8-12 kN-jával. De az abszolút érték kevésbé számít, mint a változás. A 30 másodperces ablakon belül ±3 kN-t ingadozó húzóerő inkonzisztens nedvesedést vagy szálfeszültséget jelez. A 2 órán keresztül folyamatosan 1-2 kN-os növekedés a szerszámlerakódást jelzi, ami tisztítást igényel. A modern pultrúziós sorok 1 Hz-en mérik a húzóerőt; a termelési műszak alatti szórásnak az átlag 10%-a alatt kell maradnia. Növekvő tendencia? Ellenőrizze a szerszám belső felületét és a szálméret-kompatibilitást.
Gyakran ismételt kérdések
Lehet szén- és üvegszálat pultrudálni ugyanabban a profilban?
Igen – a hibrid pultrudíció szénszálakat helyez a karimákba (ahol a szakító modulus a legfontosabb), és üveget a hálóba (ahol a nyírószilárdság dominál). A szén (-0.5 ppm/°C) és az üveg (10 ppm/°C) közötti hőtágulási együttható (CTE) eltérés belső feszültségeket hoz létre hűtés közben, amelyek mikrorepedéseket okozhatnak, ha a száltípusok közötti átmenet túl hirtelen. Egy vékony üvegfátyol elhelyezése a szén és az üveg rétegek közé 40-60%-kal csökkenti ezt a feszültségkoncentrációt.
Mekkora a minimális hajlítási sugár, amelyet el lehet érni pultrudált szénprofilokkal?
Az egyenes pultrúzió csak állandó keresztmetszeteket hoz létre. Ívelt profilok esetén a sugarú pultrúzió (más néven íves pultrúzió) ívelt szerszámot és differenciális húzást használ, hogy vékony (3-5 mm) szakaszok esetén akár 300-500 mm-es sugarakat is elérjen. Ez az eljárás csökkentett sebességgel (50-150 mm/perc) fut, és speciális szerszámtervezést igényel, de utóalakítás nélkül is kész ívelt alkatrészeket állít elő.
Miért vannak néha felületi üregek a pultrudált szénprofilokban?
A felületi üregeket (1-5 mm átmérőjű, sekély) szinte mindig az illékony anyagok okozzák, amelyek a szerszám falánál csapdába esnek – vagy a nem megfelelően szárított rostból származó nedvesség (<0.1% nedvességtartalom szükséges), vagy a vinilészterből származó sztirol forrása 175°C feletti szerszámhőmérsékleten. Csökkentse az 1. zóna hőmérsékletét 5-10°C-kal, és ellenőrizze a rost tárolási körülményeit (<30% relatív páratartalom).
Milyen utófeldolgozási módok végezhetők a pultrudált szénprofilokon?
A pultrudált szén vágható, fúrható és ragasztható. A fúráshoz keményfém vagy gyémántbevonatú fúrófejek szükségesek 3,000-5,000 fordulat/perc sebességgel, enyhe előtolási nyomással, hogy megakadályozzuk a kilépési oldalon a delaminációt. A metakrilát vagy epoxi ragasztókkal történő ragasztás megfelelő felület-előkészítéssel (enyhe csiszolás + oldószeres törlés) 15-25 MPa átfedési nyírószilárdságot ér el. A csavarokkal történő mechanikus rögzítés lehetséges, de a feszültségkoncentráció miatt 30-50%-kal csökkenti a teherbírást a furatnál.
A nedves lerakási módszerekkel való összehasonlításért lásd a Előre gyártott és nedves rétegrendezési útmutatóAz anyagkiválasztási adatokért lásd a Szénszál vs. alumínium összehasonlításIparági referenciák: CompositesWorld és a ACMA pultrúziós szabványok.
Kapcsolat
Szabványok és referenciák
A cikkben a következő iparági szabványokra hivatkozunk:
