T700 કાર્બન ફાઇબર સંયુક્ત સામગ્રીના યાંત્રિક ગુણધર્મોનું વિશ્લેષણ

કાર્બન ફાઇબર એ 1960 ના દાયકામાં ઉભરી આવતી કાર્બન સામગ્રીનો એક નવો પ્રકાર છે. તેમાં ઉચ્ચ-તાપમાન પ્રતિકાર, કાટ પ્રતિકાર, નાના થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક, સારી પરિમાણીય સ્થિરતા, ઉચ્ચ ચોક્કસ શક્તિ અને ઉચ્ચ વિશિષ્ટ મોડ્યુલસના ફાયદા છે. તે એક આદર્શ કાર્યાત્મક અને માળખાકીય સામગ્રી છે. પ્રારંભિક વિકાસ ક્ષેત્ર એરોસ્પેસ ઉદ્યોગ અને લશ્કરી ઉત્પાદનો છે, પરંતુ હવે એપ્લિકેશન ક્ષેત્ર ખૂબ જ ઝડપથી વિસ્તરી રહ્યું છે અને તેમાં સારી એપ્લિકેશનની સંભાવના છે.

જાપાનના ટોરે, તોહો અને મિત્સુબિશીના ત્રણ મોટા જૂથોએ નાના કાર્બન ફાઇબરના ઉત્પાદનને લગભગ સંભાળી લીધું છે. આ પેપરમાં, Toray (TORAY) અને Toho (TOHO) દ્વારા ઉત્પાદિત સમાન બે ઉચ્ચ-પ્રદર્શન T700 કાર્બન ફાઇબરની બનેલી યુનિડાયરેક્શનલ ફાઇબર કમ્પોઝિટ શીટ (યુનિડાયરેક્શનલ શીટ તરીકે ઓળખાય છે) ના મૂળભૂત યાંત્રિક ગુણધર્મોનું પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું છે, અને અન્ય પ્રદર્શન સરખામણી ડેટા. ઉત્પાદનોમાં આ પ્રકારના ફાઇબરનો ઉપયોગ કરતા ટેકનિશિયનોની સંદર્ભ પસંદગી માટે તફાવતોને પરિણામે ડેટાનું સૈદ્ધાંતિક વિશ્લેષણ પ્રદાન કરવામાં આવે છે.

સંબંધિત આંતરરાષ્ટ્રીય ધોરણો અનુસાર, પરીક્ષણ નમૂનાઓનું ઉત્પાદન અને પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું. TORAY-T700 યુનિડાયરેક્શનલ પ્લેટ સેમ્પલ જ્યારે લગભગ 10% ના નિષ્ફળતા મૂલ્યની નજીક હતું ત્યારે તેણે પ્રથમ થોડો અવાજ કર્યો હતો; જ્યારે TOHO-T700 યુનિડાયરેક્શનલ પ્લેટના નમૂનાએ સૌપ્રથમ થોડો અવાજ કર્યો હતો જ્યારે તે નુકસાન મૂલ્યના લગભગ 20% ની નજીક હતો. જો કે, નમૂનાઓના બે જૂથોના લોડમાં ઘટાડો થયો ન હતો, જ્યાં સુધી નમૂનાઓ હિંસક અવાજ સાથે નાશ પામ્યા ન હતા, અને લોડ મૂલ્ય ઝડપથી ઘટી ગયું હતું. TORAY-T0 યુનિડાયરેક્શનલ શીટની 700° તાણ શક્તિ 1830.7MPa છે, અને 0° ટેન્સાઇલ મોડ્યુલસ 99.2GPa છે; જ્યારે TOHO-T700 યુનિડાયરેક્શનલ શીટના અનુરૂપ પરિમાણો 1690.7MPa અને 109.3GPa છે. પહેલાની રેઝિન સામગ્રી 37.1% છે, અને બાદમાં 35.4% છે.

તેની કમ્પ્રેશન કામગીરીના પરીક્ષણ દ્વારા, તે જોઈ શકાય છે કે TORAY-T0 યુનિડાયરેક્શનલ પ્લેટની 700° સંકુચિત શક્તિ 895MPa છે, સંકુચિત મોડ્યુલસ 97.9GPa છે, 90° સંકુચિત શક્તિ 125.4MPa છે, અને સંકુચિત મોડ્યુલસ GP7 છે. TOHO-T0 યુનિડાયરેક્શનલ પ્લેટની 700° કમ્પ્રેશન સ્ટ્રેન્થ 889.7MPa છે, કમ્પ્રેશન મોડ્યુલસ 105.4GPa છે, 90° કમ્પ્રેશન સ્ટ્રેન્થ 122.6GPa છે અને કમ્પ્રેશન મોડ્યુલસ 7.9GPa છે. પરીક્ષણ પરિણામો દર્શાવે છે કે બે તંતુઓ સમાન સંકુચિત ક્ષમતા ધરાવે છે.

વધુમાં, ફાઇબર અને મેટ્રિક્સના ઇન્ટરફેસિયલ ગુણધર્મો સંયુક્ત સામગ્રીના પ્રભાવને અસર કરતા મહત્વપૂર્ણ પરિમાણો છે. જો તે નબળું હોય, તો મજબૂતીકરણ તેનું કામ કરી શકતું નથી, અને પરિણામ એ સંયુક્તની મજબૂતાઈમાં ઘટાડો છે. જો તે મજબૂત હોય, તો સંયુક્ત સામગ્રીનો નુકસાન પ્રતિકાર નબળો હોય છે, અને પરિણામે અસ્થિભંગની કઠિનતામાં ઘટાડો થાય છે. સંયુક્ત સામગ્રી ઉત્પાદનોની ડિઝાઇનમાં, ઇન્ટરફેસની કામગીરી પર વધુ ધ્યાન આપવામાં આવે છે. સામાન્ય રીતે, ડિઝાઇનમાં ઇન્ટરફેસ સ્તરની મજબૂતાઈ, જાડાઈ અને તાણને ધ્યાનમાં લેવું જોઈએ. આ પેપરમાં, બે તંતુઓના ઇન્ટરફેસિયલ પ્રોપર્ટીઝની તપાસ સામાન્ય ટ્રાંસવર્સ ટેન્સાઇલ પ્રોપર્ટીઝ અને સંયુક્ત સામગ્રીના ઇન્ટરલેમિનર શીયર પ્રોપર્ટીઝ દ્વારા કરવામાં આવી છે.

સંયુક્ત સામગ્રી મેટ્રિક્સના પ્રદર્શનની તપાસ કરવા માટે ટ્રાંસવર્સ ટેન્સાઇલ પરીક્ષણ પદ્ધતિ, અને ઇન્ટરલેમિનર શીયર તાકાત માપવા માટે સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતી ટૂંકી બીમ શીયર ટેસ્ટ પદ્ધતિ, નમૂનો અનિવાર્યપણે ઇન્ટરલેમિનર તણાવ અને તાણ પેદા કરશે, જેમ કે મુક્ત કિનારીઓ અને જાડાઈમાં ફેરફાર. જ્યારે નમુનાની જાડાઈની દિશામાં તણાવ તેની તાકાત મૂલ્ય કરતાં વધી જાય છે, ત્યારે સ્પેલિંગ થશે. પરીક્ષણ મુજબ, TORAY-T90 યુનિડાયરેક્શનલ પ્લેટની 700° તાણ શક્તિ 31.3MPa છે, 90° ટેન્સાઇલ મોડ્યુલસ 7.4GPa છે, અને ઇન્ટરલેમિનર શીયર સ્ટ્રેન્થ 71.9MPa છે; TOHO-T90 યુનિડાયરેક્શનલ પ્લેટની 700° તાણ શક્તિ 31.3MPa છે, 90° ટેન્સાઇલ મોડ્યુલસ 7.8GPa છે, અને ઇન્ટરલેમિનર શીયર સ્ટ્રેન્થ 67.9MPa છે.

ઉપરોક્ત પરીક્ષણ અને વિશ્લેષણના પરિણામો દ્વારા, આપણે જાણી શકીએ છીએ કે TOHO-T700 કાર્બન ફાઇબરની તુલનામાં, TORAY-T700 કાર્બન ફાઇબર એ રેખાંશ સ્ટ્રેચ માટે ઉચ્ચ જરૂરિયાતો ધરાવતા ઉત્પાદનો માટે વધુ યોગ્ય મજબૂતીકરણ સામગ્રી છે. TOHOT-700 કાર્બન ફાઈબરની નબળી તાણ શક્તિનું કારણ ફાઈબરમાંથી જ આવી શકે છે અને ઘણી છુપી ખામીઓ હોઈ શકે છે. યુનિડાયરેક્શનલ પ્લેટના કોમ્પ્રેસિવ પ્રોપર્ટીઝ અને યુનિડાયરેક્શનલ પ્લેટ લેયર્સના ઇન્ટરફેસિયલ પ્રોપર્ટીઝની તુલના TORAY અને TOHO T700 કાર્બન ફાઇબર સાથે સ્ટાન્ડર્ડ પદ્ધતિ દ્વારા કરવામાં આવી હતી અને બંનેના કોમ્પ્રેસિવ પ્રોપર્ટીઝ અને ઇન્ટરફેસ પ્રોપર્ટીઝ સમાન હતા.