¿Los componentes de fibra de carbono del refuerzo de embrague se deformarán a altas temperaturas?

Los materiales compuestos de fibra de carbono se han convertido en un representante de los materiales de alta gama en los campos de automóviles, aeroespaciales, etc. debido a sus características livianas y de alta resistencia. Como componente clave en Refuerzo de embrague , La estabilidad térmica de sus componentes de fibra de carbono ha atraído mucha atención: ¿se deformarán y fallarán dichos materiales en condiciones de alta temperatura?

1. Las ventajas inherentes y el umbral de temperatura de los materiales de fibra de carbono
La fibra de carbono está hecha de poliacrilonitrilo (PAN) y forma una estructura cristalina de grafito después del tratamiento de carbonización a alta temperatura. Su resistencia a la tracción axial puede alcanzar más de 5 veces la del acero, mientras que su densidad es solo 1/4 de la del acero. Sin embargo, su estabilidad térmica depende del rendimiento de la matriz de resina. La temperatura común de transición de vidrio de la matriz de resina epoxi (TG) es de aproximadamente 120-180 ℃. Cuando se excede esta temperatura, la resina se suavizará y la rigidez del material disminuirá.
Los componentes de fibra de carbono utilizados en el refuerzo de embrague generalmente usan resinas modificadas resistentes a alta temperatura (como bismaleimida o poliimida) para aumentar TG a más de 250 ℃. Al mismo tiempo, la temperatura de descomposición térmica de la fibra de carbono en sí es tan alta como 3000 ℃, lo que significa que en condiciones de trabajo normales (la temperatura del sistema del embrague suele ser ≤200 ℃), la estructura del material no estará esencialmente dañada.
2. Verificación de rendimiento en condiciones extremas
Para simular las condiciones de trabajo reales, realizamos pruebas térmicas sistemáticas en los componentes de fibra de carbono de refuerzo del embrague:
Impacto de alta temperatura a corto plazo: en un entorno de 250 ℃ durante 30 minutos, la tasa de cambio de tamaño del componente es <0.05%, que es mucho más baja que el 0.12% de aleación de aluminio;
Prueba de ciclo térmico: después de 1000 ciclos de -40 ℃ a 200 ℃, la tasa de retención de resistencia al corte de material entre capas es> 92%;
Prueba de carga dinámica: aplicando el par 200n · m a 180 ℃, la deformación de los componentes de fibra de carbono es solo 1/3 de la de las piezas de acero tradicionales.
Los datos muestran que a través de la modificación de la matriz de resina y la optimización de la capa de fibra (como la laminación ortogonal 0 °/90 °), la resistencia a la fluencia de los componentes de fibra de carbono a altas temperaturas es significativamente mejor que la de los materiales metálicos. El secreto es que la alta conductividad térmica de la fibra de carbono (conductividad térmica axial de hasta 800 w/m · k) puede dispersar rápidamente los puntos calientes locales, mientras que la tenacidad de la resina amortigua la concentración de estrés térmico.
3. Las actualizaciones de la tecnología atraviesan las limitaciones tradicionales
Para escenarios de uso extremo (como la semicrutina frecuente de los autos de carreras o los entornos de alta temperatura en los desiertos), el refuerzo del embrague aumenta aún más la estabilidad térmica a través de tres tecnologías:
Recubrimiento nano-cerámico: pulverización de un recubrimiento compuesto Al₂o₃-Sic de 50 μm en la superficie del componente para aumentar el límite de temperatura superior de la superficie a 400 ℃;
Optimización del proceso prepregado: utilizando la tecnología RTM de alta presión (moldeo por transferencia de resina) para controlar la porosidad por debajo del 0.3% y reducir el riesgo de delaminación de la interfaz a altas temperaturas;
Monitoreo inteligente de la temperatura: los sensores de fibra óptica integrados monitorean la temperatura del componente en tiempo real y ajusta automáticamente la estrategia de participación del embrague cuando se acerca al valor crítico.