I materiali compositi a base di resina rinforzata con fibra di carbonio sono stati ampiamente utilizzati in diversi settori come la tecnologia aerospaziale, gli scooter domestici e l'elettronica high-tech grazie alla loro leggerezza, elevata resistenza al lavoro e forte resistenza alla corrosione. A causa delle notevoli prestazioni del prodotto in ambienti umidi e ad alta temperatura, temperature elevate e controllo contrattuale moderato, questo articolo studierà longitudinalmente i cambiamenti nelle prestazioni di lavoro e nel meccanismo dei materiali compositi rinforzati con fibra di carbonio in ambienti difficili con temperature umide incontrollabili e combinerà vengono analizzati con specifici contenuti sperimentali e casi applicativi.
Un ambiente con umidità e temperatura incontrollabili ha un impatto maggiore sulle prestazioni e sul meccanismo dei materiali compositi in fibra di carbonio. Da un punto di vista meccanico, un ambiente di invecchiamento caldo causerà danni all’interfaccia tra la resina e la fibra. Microscopicamente, la resina e la fibra verranno separate. Questa interfaccia La separazione porterà ad una diminuzione delle prestazioni complessive del materiale composito, influenzando così le proprietà meccaniche. Da un punto di vista macro, le proprietà meccaniche dei materiali compositi saranno significativamente ridotte, costituendo una minaccia per la sicurezza della struttura complessiva.
Anche gli ambienti termici umidi possono causare un degrado delle prestazioni:
Resistenza alla trazione: la resistenza alla trazione dei materiali compositi diminuisce, soprattutto in condizioni di elevata umidità e temperatura; Resistenza al taglio interlaminare: la distruzione dell'interfaccia tra resina e fibra porta ad una diminuzione della resistenza al taglio interlaminare dei materiali compositi; Modulo: Modulo di elasticità Il volume è leggermente diminuito.
Nel documento "Studio comparativo sulle proprietà di invecchiamento dovuto all'umidità e al calore di diversi tipi di materiali compositi rinforzati con fibre", i compositi unidirezionali in fibra di carbonio (CFRP), i compositi in fibra di vetro (GFRP) e i compositi in fibra di lino (FRP) con un contenuto di fibra di carbonio di Sono stati condotti il 60%6. È stato eseguito un test di invecchiamento a caldo e l'esperimento ha dimostrato che dopo l'invecchiamento in un ambiente caldo e umido, la resistenza alla trazione e la resistenza al taglio interlaminare dei materiali compositi in fibra di vetro sono diminuite significativamente e il modulo di trazione è leggermente diminuito. Dopo l'essiccazione, le proprietà tensili sono state ripristinate, ma la resistenza al taglio interlaminare era difficile da ripristinare. Si può vedere che il degrado delle prestazioni come l’idrolisi della fibra di vetro e il distacco dell’interfaccia che si verifica durante il processo di invecchiamento dei materiali compositi in fibra di vetro è un cambiamento irreversibile.
I compositi in fibra di lino si plastificano dopo aver assorbito acqua e la resistenza alla trazione aumenterà leggermente, mentre il modulo di trazione e la resistenza al taglio interlaminare rimarranno stabili dopo una brusca diminuzione. Dopo l'essiccazione, la resistenza a trazione non può essere ripristinata o addirittura diminuisce in modo significativo, mentre il modulo a trazione e la resistenza al taglio interlaminare aumentano in modo significativo. Questo fenomeno è strettamente correlato a cambiamenti quali la plastificazione dell'umidità, l'espansione e il degrado delle fibre e della matrice.
I compositi in fibra di carbonio sono diversi dai due materiali sopra menzionati. All’aumentare del tempo di invecchiamento, le proprietà tensili dei compositi in fibra di carbonio rimangono quasi invariate, ma la resistenza al taglio interlaminare diminuisce leggermente. Dopo l'essiccazione, le proprietà di trazione e di taglio interstrato ritornano al loro stato originale. Si può vedere che anche se il materiale composito in fibra di carbonio viene danneggiato durante il processo di invecchiamento in un ambiente umido e caldo, tornerà alla sua forma originale dopo l'essiccazione e avrà una buona resistenza all'umidità e al calore.
Sebbene i materiali compositi in fibra di carbonio abbiano una migliore resistenza all'umidità e al calore, sono comunque necessarie modifiche specifiche del prodotto nelle applicazioni di produzione effettive per garantire una migliore applicazione del prodotto. Nel rapporto "Research on the Warm Parts Performance of Domestic CCF30 Carbon Fiber and CC[300/EH503R3 Composite Materials", è stato condotto uno studio sull'invecchiamento di specifici materiali compositi a base di resina di fibra di carbonio in ambienti caldi e umidi. Lo studio ha dimostrato che: i materiali compositi CCF300/EH503R3 sono stati testati in 1,000-condizioni di stato a temperatura ambiente. Nell'ambiente, il 90% della morfologia della frattura da trazione mostra danni alla matrice e la fibra di carbonio non presenta fratture evidenti. La superficie della fibra a rete è avvolta da una grande quantità di resina, il che dimostra che la fibra di carbonio e la resina hanno forti proprietà di legame interfacciale. Nell'ambiente di prova a 93 gradi/asciutto, si è verificata una piccola quantità di strappo della resina e un leggero distacco della fibra di carbonio. Dopo il trattamento in un ambiente caldo umido, a causa dell'aumento della temperatura dell'ambiente di prova, sono apparse alcune crepe lungo l'asse della fibra e la quantità di resina avvolta sulla superficie della fibra è diminuita. Il distacco aumenta e la forza di legame tra fibra e resina si indebolisce. Tuttavia, a una temperatura di test sul bagnato di 132 gradi, la fibra di carbonio e la resina possono ancora essere strettamente combinati, il che dimostra che il materiale composito CCF300/EH503R3 ha eccellenti prestazioni di interfaccia e resistenza all'umidità e al calore.
In sintesi, sulla base dei prodotti reali e dell'esperienza di produzione passata, possiamo progettare un piano di progettazione del prodotto per materiali compositi in fibra di carbonio in modo mirato, misurare i requisiti prestazionali in base alle condizioni di applicazione del prodotto e iniziare ulteriormente dalla matrice di resina, modello precursore della fibra di carbonio , schema di modifica, processo di stampaggio, ecc., per specificare un piano di progettazione ragionevole per garantirne le effettive prestazioni applicative. Questa è esattamente la logica di fondo della Cina: guardare prima i disegni del prodotto e poi comprenderne i requisiti applicativi, per poi fornire il piano di progettazione in un secondo momento.
Con il continuo progresso nel campo dei materiali, le prestazioni a umido e al calore dei materiali compositi in fibra di carbonio possono essere ulteriormente migliorate attraverso la modifica dell'interfaccia e il miglioramento delle prestazioni dei precursori, e anche i derivati compositi della fibra di carbonio svolgeranno un ruolo indispensabile e importante in più campi .
