تم استخدام المواد المركبة القائمة على الراتنج المقوى بألياف الكربون على نطاق واسع في العديد من الصناعات مثل تكنولوجيا الطيران والدراجات البخارية المنزلية والإلكترونيات عالية التقنية نظرًا لوزنها الخفيف وقوة عملها العالية ومقاومتها القوية للتآكل. نظرًا لأداء المنتج الرائع في البيئات الرطبة وعالية الحرارة، ودرجة الحرارة الثقيلة، والتحكم في العقد المعتدل، فإن هذه المقالة سوف تدرس طوليًا التغيرات في أداء العمل وآلية المواد المركبة المقواة بألياف الكربون في البيئات القاسية مع درجات حرارة رطبة لا يمكن السيطرة عليها، والجمع بين يتم تحليلها بمحتوى تجريبي محدد وحالات التطبيق.
إن البيئة ذات الرطوبة ودرجة الحرارة التي لا يمكن السيطرة عليها لها تأثير أكبر على أداء وآلية المواد المركبة من ألياف الكربون. من وجهة نظر ميكانيكية، فإن بيئة الشيخوخة الدافئة ستتسبب في تلف الواجهة بين الراتنج والألياف. مجهريا، سيتم فصل الراتنج والألياف. هذه الواجهة سوف يؤدي الفصل إلى انخفاض في الأداء العام للمادة المركبة، مما يؤثر على الخواص الميكانيكية. من منظور كلي، سيتم تقليل الخواص الميكانيكية للمواد المركبة بشكل كبير، مما يشكل تهديدًا لسلامة الهيكل العام.
يمكن أن تتسبب البيئات الحرارية الرطبة أيضًا في تدهور الأداء:
قوة الشد: تقل قوة الشد للمواد المركبة، خاصة في ظل ظروف الرطوبة العالية ودرجة الحرارة؛ قوة القص بين الصفائح: يؤدي تدمير الواجهة بين الراتنج والألياف إلى انخفاض في قوة القص بين الصفائح للمواد المركبة؛ المعامل: انخفض حجم معامل الشد قليلاً.
في وثيقة "دراسة مقارنة حول خصائص الرطوبة والحرارة للشيخوخة لأنواع مختلفة من المواد المركبة المقواة بالألياف"، مركبات ألياف الكربون أحادية الاتجاه (CFRP)، ومركبات الألياف الزجاجية (GFRP)، ومركبات ألياف الكتان (FRP) مع محتوى ألياف الكربون من تم إجراء 60%6. تم إجراء اختبار الشيخوخة بالحرارة الدافئة، وأظهرت التجربة أنه بعد الشيخوخة في بيئة حارة ورطبة، انخفضت قوة الشد وقوة القص بين الصفائح للمواد المركبة من الألياف الزجاجية بشكل ملحوظ، وانخفض معامل الشد قليلاً. بعد التجفيف، استعادت خصائص الشد، ولكن كان من الصعب شفاء قوة القص بين الصفائح. يمكن ملاحظة أن تدهور الأداء مثل التحلل المائي للألياف الزجاجية وإلغاء ربط الواجهة الذي يحدث أثناء عملية الشيخوخة للمواد المركبة من الألياف الزجاجية يعد تغييرًا لا رجعة فيه.
سوف تلدن مركبات ألياف الكتان بعد امتصاص الماء، وسوف تزيد قوة الشد قليلاً، في حين أن معامل الشد وقوة القص بين الصفائح ستظل مستقرة بعد الانخفاض الحاد. بعد التجفيف، لا يمكن استعادة قوة الشد أو حتى تنخفض بشكل ملحوظ، في حين أن معامل الشد وقوة القص بين الصفائح تزداد بشكل ملحوظ. ترتبط هذه الظاهرة ارتباطًا وثيقًا بالتغيرات مثل تلدين الرطوبة والتوسع وتدهور الألياف والمصفوفة.
تختلف مركبات ألياف الكربون عن المادتين المذكورتين أعلاه. مع زيادة وقت التقادم، تظل خصائص الشد لمركبات ألياف الكربون دون تغيير تقريبًا، لكن قوة القص بين الصفائح تقل قليلاً. بعد التجفيف، تعود خصائص الشد وخصائص القص البينية إلى حالتها الأصلية. ويمكن ملاحظة أنه حتى لو تأثرت المادة المركبة من ألياف الكربون أثناء عملية الشيخوخة في بيئة رطبة وحارة، فإنها ستعود إلى شكلها الأصلي بعد التجفيف وتتمتع بمقاومة جيدة للرطوبة والحرارة.
على الرغم من أن المواد المركبة من ألياف الكربون تتمتع بمقاومة أفضل للرطوبة والحرارة، إلا أن تعديلات المنتج المحددة لا تزال مطلوبة في تطبيقات الإنتاج الفعلية لضمان تطبيق أفضل للمنتج. في تقرير "بحث حول أداء الأجزاء الدافئة لألياف الكربون CCF30 المحلية والمواد المركبة CC[300/EH503R3"، تم إجراء دراسة حول تقادم مواد مركبة محددة قائمة على راتنجات ألياف الكربون في البيئات الحارة والرطبة. أثبتت الدراسة أنه: تم اختبار المواد المركبة CCF300/EH503R3 في ظروف حالة واحدة000- عند درجة حرارة الغرفة. في ظل البيئة، 90% من مورفولوجيا كسر الشد تظهر تلفًا في المصفوفة، ولا تحتوي ألياف الكربون على كسر واضح. يتم تغليف سطح الألياف الشبكية بكمية كبيرة من الراتنج، مما يدل على أن ألياف الكربون والراتنج لهما خصائص ترابط قوية بين الأسطح. في بيئة الاختبار الجافة بدرجة 93 درجة، حدثت كمية صغيرة من تمزق الراتنج وتفكك طفيف لألياف الكربون. بعد المعالجة في بيئة حرارية رطبة، بسبب زيادة درجة حرارة بيئة الاختبار، ظهر عدد صغير من الشقوق على طول محور الألياف، وانخفضت كمية الراتنج الملفوفة على سطح الألياف. يزداد الترابط وتضعف قوة الترابط بين الألياف والراتنج. ومع ذلك، عند درجة حرارة اختبار رطبة تبلغ 132 درجة، لا يزال من الممكن دمج ألياف الكربون والراتنج بإحكام، مما يوضح أن المواد المركبة CCF300/EH503R3 تتمتع بأداء واجهة ممتاز ومقاومة للرطوبة والحرارة.
باختصار، استنادًا إلى المنتجات الفعلية وخبرة الإنتاج السابقة، يمكننا تصميم خطة تصميم منتج للمواد المركبة من ألياف الكربون بطريقة مستهدفة، وقياس متطلبات الأداء وفقًا لظروف تطبيق المنتج، والبدء أيضًا من مصفوفة الراتنج، ونموذج سلائف ألياف الكربون ، مخطط التعديل، عملية التشكيل، وما إلى ذلك، لتحديد خطة تصميم معقولة لضمان أداء التطبيق الفعلي. هذا هو بالضبط المنطق الأساسي للصين المتمثل في النظر إلى رسومات المنتج أولاً ثم فهم متطلبات تطبيق المنتج، ثم تقديم خطة التصميم لاحقًا.
مع التقدم المستمر في مجال المواد، يمكن تحسين الأداء الرطب والحراري للمواد المركبة من ألياف الكربون من خلال تعديل الواجهة وتحسين أداء السلائف، كما ستلعب مشتقات ألياف الكربون المركبة دورًا لا غنى عنه ومهمًا في المزيد من المجالات .
