Termoset komposiitteja käytetään laajalti ilmailu- ja avaruusteollisuudessa niiden korkean lujuus-painosuhteen ja lämpövakauden vuoksi. Niiden lämpölaajenemiskäyttäytymisen ymmärtäminen on olennaista, jotta varmistetaan rakenteellinen eheys lennon ja käytön aikana koetuissa lämpötilan vaihteluissa. Termostaattilaajenemisen tarkka laskenta auttaa suunnittelemaan komponentteja, jotka kestävät nämä olosuhteet ilman vikaa.

Lämpölaajentumisen ymmärtäminen

Lämpölaajenemisella tarkoitetaan materiaalien taipumusta muuttaa kokoa lämpötilan muuttuessa. Komposiiteissa tämä käyttäytyminen riippuu sekä matriksin että vahvistusmateriaalien ominaisuuksista. Lämpölaajenemiskerroin (CTE) määrittää tämän muutoksen ja on kriittinen mittavakauden ennustamiseksi.

CTE-arvon laskeminen termoset-yhdisteissä

Termoset-yhdisteen CTE-kokonaisarvo voidaan arvioida käyttämällä seosten sääntöä, jossa otetaan huomioon ainesosien tilavuus- ja tilavuusfraktiot ja yksittäiset CTE-arvot.

]CTE composite = V f * CTE fiber + V m * CTE matrix

Jos V f ja V m[ ovat kuidun tilavuusjakeet ja matriisin. Tarkka syöttötieto kunkin komponentin CTE:lle on tarpeen täsmällisiin laskelmiin.

Lämpölaajenemiseen vaikuttavat tekijät

Useat tekijät vaikuttavat lämpökomposiitteihin, kuten kuitusuuntaukseen, kovettumisprosessiin ja kuitumatriisin käyttöliittymän laatuun. Anisotrooppinen käyttäytyminen on yleistä komposiittien kanssa linjassa olevien kuitujen kanssa, mikä johtaa erilaisiin kasvunopeuksiin eri akseleilla.

Sovellus ilmailusuunnittelussa

Insinöörit käyttävät lämpölaajennuslaskelmia suunnitellakseen ilmailu- ja avaruuskomponentit, jotka säilyttävät mittavakauden eri lämpötila-alueilla. Tämä takaa turvallisuuden, suorituskyvyn ja pitkäikäisyyden ilma-alusten osia, jotka ovat alttiina lämpökiertoon käytön aikana.