ວິທີການເພີ່ມຄວາມແຂງແຮງໃນການດຶງຂອງໄຍເຫຼັກຄາບອນ T700?

ພື້ນຖານຂອງໄຍເຄີບອນ T700: ມາດຕະຖານຄວາມແຂງແຮງໃນການດຶງ ແລະ ຄວາມປ່ຽນແປງ

ຄຸນຄ່າຂອງຄວາມແຂງແຮງໃນການດຶງທີ່ 4,900 MPa ແລະ ການປະກອບຕາມມາດຕະຖານ ASTM D4018/ISO 10618

ໄຍຄາບອນ T700 ມີຄ່າຄວາມແຂງແຮງໃນການດຶງຈາກ 4,900 MPa ແລະ ສອດຄ່ອງກັບການທົດສອບອັດຕາການເຄື່ອນທີ່ຂອງຄວາມເຄື່ອນເຫວີ່ງຕາມມາດຕະຖານ ISO 10618 ແລະ ASTM D4018. ການທົດສອບຄວາມແຂງແຮງສູງສຸດໃນການດຶງ (Ultimate tensile tests) ເຊິ່ງບໍ່ຂຶ້ນກັບອັດຕາການເຄື່ອນທີ່ຂອງຄວາມເຄື່ອນເຫວີ່ງ ແລະ ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງສາມາດທົດສອບຊ້ຳໄດ້ ແມ່ນດຳເນີນການດ້ວຍອັດຕາການປ່ຽນແປງທີ່ຕ່ຳກວ່າ 0.5%/ນາທີ. ເພື່ອຢືນຢັນຄວາມແຂງແຮງໃນການດຶງ ຈຳເປັນຕ້ອງໃຊ້ວິທີການເກັບຕົວຢ່າງແບບສຸ່ມທາງສະຖິຕິ ເຊິ່ງຈະໃຫ້ຄ່າສຳປະສິດ (coefficient of variation) ຕ່ຳກວ່າ 8%. ນີ້ເປັນດັດຊະນີທີ່ດີເພື່ອສະແດງຄວາມເປັນເອກະພາບຂອງໄຍ. ຄວາມແຂງແຮງເບື້ອງຕົ້ນນີ້ມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍຕໍ່ຖັງຄວາມດັນໃນອຸດສາຫະກຳການບິນ. ໂຄງສ້າງເຫຼົ່ານີ້ຍັງຈຳເປັນຕ້ອງມີຄວາມສາມາດທີ່ຈະທຳนายໄດ້ເພື່ອຮັບປະກັນຄວາມປອດໄພ.

ຕົວຢ່າງຈິງໃນຊີວິດຈິງ ແລະ ຂໍ້ຈຳກັດ: ການວິເຄາະທາງສະຖິຕິເວີບູນ (Weibull statistics), ການແຈກຢາຍຂອງຂໍ້ບົກຜ່ອງໃນໄຍ, ແລະ ຂໍ້ຈຳກັດຂອງການຖ່າຍໂອນແຮງໃນກຸ່ມໄຍ

ມີຂໍ້ຈຳກັດສາມຢ່າງທີ່ອธິບາຍເຫດຜົນທີ່ວັດສະດຸປະກອບ T700 ບໍ່ຖືກຈັດອັນດັບໃຫ້ມີຄວາມແຂງແຮງໃນການດຶງຈົນເຕັມທີ່ທີ່ 4,900 MPa. ຂໍ້ທຳອິດ, ເນື້ອທີ່ທີ່ຖືກເຄື່ອນໄຫວຫຼາຍຂຶ້ນຈະມີຈຳນວນຂອງແຕກເລືອຍຈຸລະພາກຫຼາຍຂຶ້ນ, ເຊິ່ງເປັນເນື້ອທີ່ທີ່ອາດຈະເກີດການແຕກຫັກ, ແລະ ເກີດຈາກສະຖິຕິ Weibull. ຂໍ້ທີສອງ, ການແຈກຢາຍແຕກເລືອຍເຫຼົ່ານີ້ຢ່າງສຸ່ມສີ່ມເຮັດໃຫ້ເກີດເນື້ອທີ່ທີ່ອ່ອນແອໃນວັດສະດຸທັງໝົດ, ສົ່ງຜົນໃຫ້ເກີດການລົ້ມສະລາກ່ອນເວລາ. ຂໍ້ທີສາມ, ເນື່ອງຈາກການເຄື່ອນໄຫວເລື່ອນທີ່ເກີດຂື້ນທີ່ເນື້ອໃຍ, ການແຈກຢາຍແຮງດຶງໃນກຸ່ມເນື້ອໃຍຈະບໍ່ເທົ່າທຽມກັນ, ເຮັດໃຫ້ການຖ່າຍໂອນແຮງບໍ່ມີປະສິດທິພາບເມື່ອເກີນ 85% ຂອງແຮງດຶງສູງສຸດ, ສົ່ງຜົນໃຫ້ການແຈກຢາຍແຮງບໍ່ເທົ່າທຽມກັນ. ນີ້ແມ່ນຊ່ອງຫວ່າງທີ່ເຫັນໄດ້ໃນພຶດຕິກຳຂອງວັດສະດຸປະກອບ ແລະ ຄວາມປະສິດທິພາບຂອງເນື້ອໃຍ, ດັ່ງນັ້ນ ວັດສະດຸປະກອບທີ່ໃຊ້ໃນອຸດສາຫະກຳສ່ວນຫຼາຍຈຶ່ງບັນລຸຄວາມແຂງແຮງໃນການດຶງໄດ້ພຽງ 3,300–3,900 MPa.

ການປັບປຸງຄວາມປະສິດທິພາບໃນການດຶງຂອງເນື້ອໃຍກາບອນ T700 ຜ່ານການຜະລິດທີ່ມີຄວາມຖືກຕ້ອງສູງແລະທັນສະໄໝ

ການໃຊ້ເຕັກນິກການຈັດເນື້ອໃຍໃຫ້ເປັນເສັ້ນຕົງ ແລະ ການຈັດການເສັ້ນເນື້ອໃຍທີ່ບໍ່ມີການບີບຕື່ມເພື່ອຮັກສາຄວາມແຂງແຮງຂອງເນື້ອໃຍ

ເພື່ອຮັກສາຄວາມແຂງແຮງພາຍໃນ T700 ແລ້ວ, ການຮັກສາທິດທາງຂອງເສັ້ນໃຍເປັນສິ່ງທີ່ສຳຄັນຫຼາຍ. ການຈັດຕັ້ງເສັ້ນໃຍໃຫ້ຖືກຕ້ອງເປັນສິ່ງທີ່ສຳຄັນເປັນຢ່າງຍິ່ງ ເນື່ອງຈາກວ່າ ການເບິ່ງທິດທາງທີ່ເກີນ 3 ອົງສາຈະເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມເຄັ່ນເຄີຍທີ່ບໍ່ຕ້ອງການ (parasitic shear stresses) ແລະ ສົ່ງຜົນໃຫ້ຄວາມແຂງແຮງໃນການດຶງ (tensile strength) ຂອງວັດສະດຸປະສົມຫຼຸດລົງຫຼາຍກວ່າ 30%. ການຈັດການເສັ້ນໃຍທີ່ບໍ່ມີການບີບ (zero-twist tow handling) ຊ່ວຍປ້ອງກັນການເກີດຂອງເສັ້ນແຕກນ້ອຍໆ (micro-fractures) ໃນເວລາຈັດການ, ໂດຍເປັນພິເສດໃນຂະບວນການມູນເສັ້ນ (spooling) ແລະ ຂະບວນການວາງເສັ້ນ (lay-up), ແລະ ມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍຂຶ້ນເປັນພິເສດເນື່ອງຈາກວ່າ ຖ້າມີຂໍ້ບົກບ່ອນທີ່ເກີດຂື້ນເທິງເນື້ອໜັງຂອງເສັ້ນໃຍທີ່ໃຫຍ່ກວ່າ 1.5 µm ຈະເຮັດໃຫ້ຄວາມແຂງແຮງຂອງເສັ້ນໃຍແຕ່ລະເສັ້ນຫຼຸດລົງໄດ້ເຖິງ 40% ຕາມຜົນການສຶກສາດ້ານກົນສາດການແຕກ (fracture mechanics). ລະບົບການຈັດຕັ້ງທິດທາງດ້ວຍເລເຊີແລະເຄື່ອງຈັກອັດຕະໂນມັດທີ່ທັນສະໄໝສາມາດບັນລຸຄວາມເບິ່ງທິດທາງທີ່ຕ່ຳກວ່າ 0.5 ອົງສາ, ເຊິ່ງຈະຫຼຸດຜ່ອນຄວາມເຄັ່ນເຄີຍທີ່ເກີດຂື້ນທີ່ເຂດຕ່ອງຕ່າມລະຫວ່າງເສັ້ນໃຍກັບເຣຊິນ (fiber-resin interface) ໄດ້ຢ່າງມີນັກ, ແລະ ສາມາດເຮັດໃຫ້ຄວາມແຂງແຮງໃນການດຶງ (tensile strength) ເຂົ້າເຖິງຄ່າເປົ້າໝາຍທີ່ກຳນົດໄວ້ເທົ່າກັບ 4,900 MPa.

ຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງການຈັດເລີຍງວັດສະດຸປະກອບແລະການຄວບຄຸມຄວາມກົດດັນສູນຍາກາດ ແລະ ຄວາມກົດດັນໃນເຕົາອັດຕູໂຄເລີບ ໃຫ້ບັນລຸເຖິງເນື້ອຫາຊ່ອງຫວ່າງທີ່ຕ່ຳກວ່າ 0.5 ເປີເຊັນ.

ເນື້ອຫາຊ່ອງຫວ່າງຍັງຄົງເປັນຂໍ້ບົກພ່ອງຫຼັກໃນການຜະລິດທີ່ຈຳກັດຄວາມແຂງແຮງໃນການດຶງ. ເມື່ອຊ່ອງຫວ່າງມີປະລິມານຫຼາຍກວ່າ 1 ເປີເຊັນ ຄວາມແຂງແຮງຂອງຊັ້ນວັດສະດຸຈະຫຼຸດລົງ 25 ເປີເຊັນ ເນື່ອງຈາກຄວາມເຄັ່ນຕຶງທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນທີ່ເສັ້ນແດນຂອງຊ່ອງຫວ່າງ. ການບັນລຸເນື້ອຫາຊ່ອງຫວ່າງທີ່ຕ່ຳກວ່າ 0.5 ເປີເຊັນ ຕ້ອງການການຄວບຄຸມຂະບວນການຢ່າງເຂັ້ມງວດ ໂດຍລວມເຖິງການຈັດເລີຍງດ້ວຍຫຸ່ນຍົນທີ່ມີຄວາມຖືກຕ້ອງໃນການຈັດຕັ້ງຕຳແໜ່ງຕ່ຳກວ່າ 0.1 ມີລີເມີ, ວິທີການສູນຍາກາດຫຼາຍຂັ້ນຕອນເພື່ອກຳຈັດອາກາດທີ່ຕິດຄ້າງຢູ່, ແລະ ຄວາມກົດດັນໃນເຕົາອັດຕູໂຄເລີບທີ່ຖືກປັບໃຫ້ເໝາະສົມກັບຄວາມໜືດຂອງເຣຊິນ ເຊິ່ງມັກຈະຢູ່ໃນໄລຍະ 80 ຫາ 100 psi ສຳລັບເຣຊິນເອບີ້ກີທີ່ໃຊ້ໃນອຸດສາຫະກຳການບິນ. ການສຶກສາປີ 2023 ຂອງສະຫະຄົມສຳລັບການພັດທະນາວັດສະດຸ ແລະ ຂະບວນການຜະລິດ (SAMPE) ແສດງໃຫ້ເຫັນວ່າ ການນຳໃຊ້ການເພີ່ມຄວາມກົດດັນຢ່າງຄວບຄຸມໄດ້ໃນຂະນະທີ່ກຳລັງເຮັດໃຫ້ແຫ້ງນັ້ນ ສາມາດຫຼຸດລົງເນື້ອຫາຊ່ອງຫວ່າງໄດ້ 63 ເປີເຊັນ ແລະ ອັນ

ການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງຊັ້ນແຍກລະຫວ່າງເຮືອນຢາງເພື່ອໃຊ້ປະໂຫຍດຄວາມແຂງແຮງສູງສຸດຂອງໄຍເຫຼັກຄາບອນ T700

ວັດສະດຸປະສົມທີ່ເສີມດ້ວຍໄຍເຫຼັກຄາບອນ T700 ແມ່ນວັດສະດຸປະສົມທີ່ໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງທີ່ສຸດ. ແຕ່ວ່າ ມັນມີຂໍ້ຈຳກັດຫຼາຍດ້ານ. ການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງເຮືອນຢາງຈະຮັບປະກັນວ່າພວກເຮົາຈະສາມາດໃຊ້ປະໂຫຍດຄວາມແຂງແຮງສູງສຸດຂອງວັດສະດຸປະສົມໄຍເຫຼັກຄາບອນ T700 ໄດ້.

ເຮືອນທີ່ຖືກບໍາບັດແລ້ວຕ້ອງດູດຊຶມຄວາມຊຸ່ມນ້ຳໄດ້ໜ້ອຍກວ່າ 2% ເພື່ອຮັກສາຄວາມເຂັ້ມແຂງຂອງການຈັບຢູ່. ວິທີແກ້ໄຂເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນການແ cracks ຂ້າມ (transverse cracking) ແມ່ນການໃຊ້ອະນຸພາກ rubber ທີ່ມີເປືອກນອກແລະເຄື່ອງໃນ (core shell rubber particles). ການແ cracks ຢູ່ລະດັບຈຸລະພາກເຫຼົ່ານີ້ຈະເຮັດໃຫ້ເຄືອຂ່າຍ (matrix) ຢູ່ຄົງທຳມະດາ ແລະດູດຊຶມແຮງດຶງ (tensile loads) ໄດ້, ເພື່ອຮັກສາຄວາມເຂັ້ມແຂງຂອງການຈັບຢູ່. ຄວາມເຂັ້ມແຂງດຶງທີ່ເກີດຂື້ນທີ່ເຂດຕິດຕໍ່ (Interfacial tensile strength) ຖືກທົດສອບດ້ວຍຄ່າ moduli ຂອງເຮືອນ. ຄ່າ moduli ທີ່ເໝາະສົມທີ່ສຸດຂອງເຮືອນແມ່ນ 3-4 GPa, ເຊິ່ງເທົ່າທຽບກັບຄ່າ moduli ຂອງເສັ້ນໄຍ carbon fiber T700, ເພື່ອຊ່ວຍໃນການຖ່າຍໂອນແຮງໄດ້ຢ່າງມີປະສິດທິພາບ ແລະປ້ອງກັນການເສຍຫາຍຂອງເຄືອຂ່າຍ. ເສັ້ນໄຍຈະສາມາດຖ່າຍໂອນແຮງໄປຫາເຮືອນທີ່ເປັນເຄືອຂ່າຍໄດ້ຢ່າງມີປະສິດທິພາບຫຼາຍຂື້ນ ຖ້າຄ່າ moduli ຂອງເຮືອນທີ່ເປັນເຄືອຂ່າຍເທົ່າກັບຄ່າ moduli ຂອງເສັ້ນໄຍ carbon fiber T700. ເຮືອນທີ່ຖືກບໍາບັດແລ້ວຕ້ອງໃຊ້ interfacial modifiers ທີ່ເປັນ toughener ເພື່ອຮັບປະກັນການຈັບຢູ່ກັບເສັ້ນໄຍ.

ເສັ້ນໄຍ T700S ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນທີ່ຈະແຕກຫັກ 1.7%. ເສັ້ນໄຍ T700G ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນທີ່ຈະແຕກຫັກ 1.5%. ຄວາມແຕກຕ່າງ 0.2% ນີ້ມີຄວາມສຳຄັນຕໍ່ການເກີດຂອງບ່ອນແຕກເລັກໆ (micro cracking) ແລະ ຄວາມໝັ້ນຄົງຂອງຜິວສຳພັດ (interfacial durability). ເພື່ອປັບປຸງຄວາມແຂງແຮງໃນທິດທາງຕັດ (interfacial shear strength) ໃຫ້ດີທີ່ສຸດ, ສານເຮືອນ (matrix resin) ສຳລັບ T700G ຕ້ອງມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນສູງ ແລະ ມີການເຊື່ອມຕໍ່ຂ້າມ (cross linked) ຢ່າງເຂັ້ມແຂງ. T700S ກໍຍັງຕ້ອງການສານປັບປຸງຄວາມແຂງແຮງ (tougheners) ເພື່ອປັບປຸງການຢູ່ຕິດກັນທີ່ຜິວສຳພັດ (interfacial adhesion).

ການຢືນຢັນ ແລະ ການຄວບຄຸມຂະບວນການ: ການຮັບປະກັນຄວາມເປັນເອກະລັກຂອງເສັ້ນໄຍຄາບອນ T700

ການບັນລຸເຖິງລະດັບຄວາມເຊື່ອຖືໄດ້ ແລະ ຄວາມຕ້ານທານຕໍ່ການດຶງ (tensile performance) ທີ່ຕ້ອງການສຳລັບວັດສະດຸປະກອບ T700 ແມ່ນເກີດຂື້ນໄດ້ດ້ວຍມາດຕະການການຢືນຢັນຫຼາຍລະດັບ. T700 ແມ່ນຜະລິດຂື້ນດ້ວຍຈຸດປະສົງເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນຂໍ້ບົກພ່ອງທີ່ເກີດຈາກຄວາມບໍ່ສົມໆເນື່ອງກັບສະພາບແວດລ້ອມ ໂດຍການຕິດຕາມ ແລະ ຄວບຄຸມອຸນຫະພູມ, ຄວາມຊື້ນ ແລະ ຄວາມກົດດັນໃນເວລາຈິງ. ຄວາມສົມ່ຳເສມອັນໃນຕົວຖືກປະເມີນຜົນດ້ວຍການທົດສອບຊິ້ນສ່ວນໂດຍບໍ່ເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມເສຍຫາຍ. ຄວາມສາມາດຂອງຂະບວນການຖືກປະເມີນຜົນດ້ວຍການໃຊ້ແຜ່ນແຕ່ງການຄວບຄຸມທາງສະຖິຕິ (statistical control charts) ແລະ ຂໍ້ມູນຄວາມແຂງແຮງທີ່ມີການແຈກຢາຍຕາມ Weibull. ວິທີການນີ້ຮັກສາລະດັບຂໍ້ບົກພ່ອງໃນແຕ່ລະຊຸດໃຫ້ຢູ່ທີ່ 0.3% ຫຼື ຕ່ຳກວ່າ. ຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງການຈັດລຽງເສັ້ນໄຍ (tow alignment) ຖືກບັນຈຸເຂົ້າກັບລະບົບການປະກອບອັດຕະໂນມັດ. ນອກຈາກນີ້, ລະບົບເຮືອນເຄມີ (resin) ແລະ ຄວາມເຂັ້ມແຂງຂອງໂຄງສ້າງ (structural integrity) ສະໜັບສະໜູນລະບົບການວິເຄາະ ແລະ ຄວບຄຸມໃນເວລາຈິງ. ວິທີການນີ້ມີເປົ້າໝາຍເພື່ອບັນລຸຄວາມແຂງແຮງຕໍ່ການດຶງທີ່ 4,900 MPa ສຳລັບວັດສະດຸປະກອບ T700 ເພື່ອຕອບສະໜອງຄວາມຕ້ອງການຂອງອຸດສາຫະກຳການບິນ-ອາກາດ (aerospace) ແລະ ອຸດສາຫະກຳລົດຍົນທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ. ການຮັບປະກັນຄຸນນະພາບແມ່ນຄົບຖ້ວນດ້ວຍການບັນທຶກເອກະສານຂອງຜະລິດຕະພັນສຳເລັດ ແລະ ການຮັບຮອງການຈັດສົ່ງວັດຖຸດິບ.

ຄຳຖາມທີ່ຖືກຖາມເລື້ອຍໆ

ຄວາມເຂັ້ມແຂງໃນການດຶງທີ່ຖືກກຳນົດໄວ້ຂອງໄຍເສັ້ນຄາບອນ T700 ແມ່ນເທົ່າໃດ?

ຄວາມເຂັ້ມແຂງໃນການດຶງທີ່ຖືກກຳນົດໄວ້ສຳລັບໄຍເສັ້ນຄາບອນ T700 ແມ່ນ 4,900 MPa. ສິ່ງນີ້ໄດ້ຮັບການຢືນຢັນຈາກການທົດສອບຕາມມາດຕະຖານ ASTM D4018 ແລະ ISO 10618.

ເຫດຜົນຫຼັກທີ່ເຮັດໃຫ້ຄວາມເຂັ້ມແຂງທີ່ແທ້ຈິງຂອງວັດສະດຸປະກອບຕ່ຳກວ່າຄວາມເຂັ້ມແຂງໃນການດຶງທີ່ຖືກກຳນົດໄວ້ຂອງ T700 ແມ່ນຫຍັງ?

ເຫດຜົນຫຼັກທີ່ເຮັດໃຫ້ຄວາມເຂັ້ມແຂງທີ່ແທ້ຈິງຂອງວັດສະດຸປະກອບຕ່ຳກວ່ານັ້ນແມ່ນກົນໄກການຖ່າຍໂອນແຮງທີ່ຈຳກັດ, ລວມທັງປະສິດທິພາບທີ່ບໍ່ດີໃນການແບ່ງປັນແຮງ ແລະ ຂໍ້ບົກຂາດຂອງໄຍເສັ້ນ.

ອິດທິພົນຂອງການຈັດລຽງໄຍເສັ້ນ ແລະ ການບໍ່ໄດ້ຈັດລຽງໄຍເສັ້ນແມ່ນຫຍັງ?

ອິດທິພົນຂອງການຈັດລຽງໄຍເສັ້ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍ, ເນື່ອງຈາກປະສິດທິພາບໃນການດຶງຂອງວັດສະດຸປະກອບຈະຫຼຸດລົງໄດ້ເຖິງ 30% ເມື່ອມີຄວາມເບິ່ງເບນຈາກທິດທາງທີ່ຖືກຕ້ອງເຖິງ 3 ອົງສາ.

ຂະບວນການຜະລິດໃດທີ່ຊ່ວຍຫຼຸດເຫຼືອມເນື້ອທີ່ຫວ່າງ (void content) ໃນວັດສະດຸປະກອບ?

ເພື່ອບັນລຸຄວາມເຂັ້ມແຂງ ແລະ ຄວາມທົນທານທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນ, ຂະບວນການດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້ຈະຊ່ວຍບັນລຸເນື້ອທີ່ຫວ່າງທີ່ຕ່ຳກວ່າ 0.5%: ການຈັດວາງດ້ວຍຫຸ່ນຍົນ, ການສູບສຸຍທີ່ເຮັດເປັນຂັ້ນຕອນ, ແລະ ການຄວບຄຸມຄວາມດັນໃນອັດຕອກເຄີບທີ່ມີຄວາມເປັນລະບົບ.

ຄວາມແຕກຕ່າງລະຫວ່າງໄຍເສັ້ນ T700S ແລະ T700G ແມ່ນຫຍັງ?

ເສັ້ນໄຍ T700S ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນທີ່ຈຸດຫັກຫຼາຍຂຶ້ນ (1.7% ເທືອບໃນ 1.5% ສຳລັບ T700G). ນີ້ສົ່ງຜົນໃຫ້ມີຄວາມໝັ້ນຄົງຂອງພື້ນທີ່ຕິດຕໍ່ດີຂຶ້ນ ແລະ ອາຍຸການໃຊ້ງານທີ່ຍືດຍາວຂຶ້ນໃຕ້ການຮັບແຮງຊ້ຳຄືນ.