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Nella nostra vita quotidiana, Abbiamo spesso sentito parlare di fibra di carbonio, che è allo stesso tempo familiare e non familiare. È un tipo di materiale ad alte prestazioni, che è stato ampiamente utilizzato in vari campi dell'industria militare e civile. È considerato il tipico rappresentante dei nuovi materiali industriali nel campo dell'alta tecnologia, ed è chiamato il re dei materiali.
Quindi questo articolo renderà popolari ai lettori le caratteristiche e l'ampia applicazione della fibra di carbonio.
Cos'è la fibra di carbonio?
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La fibra di carbonio è un tipo di materiale di grafite microcristallina, che è fatto di fibra organica mediante carbonizzazione e grafitizzazione. La microstruttura della fibra di carbonio è simile a quella della grafite artificiale, che è una struttura di grafite a strati casuali. La fibra di carbonio si riferisce alla fibra polimerica inorganica con un contenuto di carbonio superiore a 90%. Ha le caratteristiche di leggerezza, alta resistenza, resistenza alle alte temperature, resistenza alla fatica, resistenza alla corrosione, conduzione del calore, e conduttività, ed è un nuovo materiale con eccellenti proprietà meccaniche.
Proprietà della fibra di carbonio
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Utilizzare materiali in fibra di carbonio, è necessario conoscere prima le caratteristiche della fibra di carbonio, così da applicare al meglio questo nuovo materiale nella pratica produttiva. Le principali caratteristiche della fibra di carbonio sono le seguenti:
Forza eccessiva
La resistenza alla trazione della fibra di carbonio può raggiungere 3000~4000MPa, che è più di 4 volte più grande dell'acciaio e 6 O 7 volte superiore a quello dell'alluminio.
Elevato modulo elastico
Il suo modulo elastico è superiore a 230GPa.
Leggero ma forte
Bassa densità ed elevata resistenza specifica. La massa della fibra di carbonio è 1/4 di acciaio e 1/2 di lega di alluminio; La forza specifica è 16 volte maggiore di quello dell'acciaio e 12 volte maggiore della lega di alluminio.
Eccellente resistenza al caldo/freddo
Può resistere a temperature ultra elevate. La fibra di carbonio può essere utilizzata a 2000 ℃, e non si scioglierà né si ammorbidirà alla temperatura elevata di 3000 ℃.
Buona resistenza alle basse temperature. A -180 ℃, l'acciaio diventerà più fragile del vetro, mentre la fibra di carbonio è ancora molto morbida.
Resistenza chimica
Buono nella resistenza agli acidi, resistenza all'olio, e resistenza alla corrosione. Resiste all'attacco dell'acido cloridrico concentrato, acido fosforico, acido solforico, benzene, acetone, e altri media. Se la fibra di carbonio viene inserita 50% acido cloridrico e suo modulo elastico, forza, e il diametro rimangono sostanzialmente invariati.
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Attraverso gli ovvi vantaggi dei dati, si può vedere che la fibra di carbonio è migliore del titanio, acciaio, alluminio e altri materiali metallici. Perciò, in pochi anni, la fibra di carbonio è considerata un materiale esotico e costoso per la fabbricazione di prodotti. Le sue numerose caratteristiche sorprendenti lo rendono la scelta ideale per varie applicazioni. Ora, può essere trovato in molti aspetti della nostra vita quotidiana. Alcune delle sue numerose applicazioni saranno discusse di seguito.
Applicazioni comuni
Automobili
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Attualmente, i materiali utilizzati negli accessori per auto sono principalmente acciaio ad alta resistenza, lega di alluminio, lega di magnesio, lega di titanio, composito in fibra di vetro, composito in fibra di carbonio, ecc. Parti in fibra di carbonio hanno grandi vantaggi in termini di leggerezza, sicurezza, comfort, affidabilità, e migliorare il livello di sviluppo dell'auto.
- Dopo interni auto in fibra di carbonio viene applicato alle automobili, il vantaggio più evidente per la produzione automobilistica è la leggerezza delle automobili, e l’impatto più diretto è il miglioramento del risparmio energetico, accelerazione, e prestazioni di frenata. In altre parole, le automobili diventano più leggere, Più veloce, e più efficiente nei consumi.
- IL esterno dell'auto in fibra di carbonio ha un eccellente tasso di assorbimento energetico. La capacità di assorbimento dell'energia di collisione è da sei a sette volte quella dell'acciaio e da tre a quattro volte quella dell'alluminio, che garantisce ulteriormente la sicurezza dell'auto.
- Gli accessori in fibra di carbonio hanno una maggiore resistenza alla fatica. La resistenza alla fatica dell'acciaio e dell'alluminio è 30% A 50% della resistenza alla trazione, mentre gli accessori in fibra di carbonio possono raggiungere 70% A 80%. Perciò, l’applicazione dei compositi in fibra di carbonio nelle automobili ha notevolmente migliorato l’affidabilità alla fatica dei materiali.
Attualmente, Le parti automobilistiche sono le parti più utilizzate degli accessori in fibra di carbonio nelle automobili, come le cappe, cornici, telai e rinforzi del tetto, pilastri, porte, spoiler, e altri componenti.
Attrezzatura sportiva
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In un certo senso, Gli sport competitivi moderni sono uno sport che sfida i limiti delle capacità fisiche umane. Maggiore è la resistenza specifica degli accessori in fibra di carbonio, minore è il peso proprio dei componenti. Perciò, sfruttare appieno le caratteristiche degli accessori in fibra di carbonio può migliorare le prestazioni di molte attrezzature sportive.
1. Salto con l'asta.
Attualmente, l'ultimo palo in fibra di carbonio può garantire che il palo sia flessibile e resistente senza rompersi o attorcigliarsi. Può convertire l'energia cinetica dell'avvicinamento veloce dell'atleta al palo nell'energia di deformazione elastica del palo. Quando il palo è piegato all'arco massimo, questa energia di deformazione elastica verrà nuovamente rilasciata e trasformata nell'energia potenziale dell'atleta, aiutando l'atleta a saltare in aria e sorvolare il palo.
2. Golf.
La mazza da golf è composta da un'impugnatura, un corpo della mazza e una testa della mazza. Il peso della mazza da golf realizzata con materiali compositi in fibra di carbonio può essere ridotto di circa il 10%~40%. Quando il peso totale della mazza da golf è fisso, il peso leggero della testa è utile per migliorare la velocità di oscillazione, e la palla può ottenere una velocità iniziale maggiore. Inoltre, i compositi in fibra di carbonio hanno elevate caratteristiche di smorzamento, che può prolungare il tempo di colpire e far colpire la palla più lontano.
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3. Racchette da tennis
La tendenza di sviluppo delle racchette da tennis è su larga scala e leggera. Attualmente, la maggior parte delle racchette da tennis alte e medie del mondo sono realizzate in compositi in fibra di carbonio. La grande racchetta da tennis deve essere realizzata con materiali compositi in fibra di carbonio leggeri, elevata forza specifica, e modulo specifico elevato. Può sopportare una tensione del filo più forte rispetto al telaio della racchetta in legno per garantire che non si deformi durante i colpi.
Oltre a quanto sopra, numerose attrezzature sportive, ci sono molte altre attrezzature sportive che utilizzano la fibra di carbonio come componente di produzione. In una parola, la dimensione della brasatura al carbonio verrà utilizzata sempre più ampiamente nel settore sportivo.
Equipaggiamento militare
Già a metà degli anni '60, la sala sul ponte della cannoniera di pattuglia iniziò a utilizzare accessori in fibra di carbonio. All'inizio degli anni '70, anche la sovrastruttura della barca da caccia mineraria iniziò a utilizzare compositi in fibra di carbonio. Attualmente, le applicazioni militari della fibra di carbonio sono le seguenti：
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Aerei militari
Lo sviluppo dell’industria spaziale è arduo. Per esempio, se la massa del motore a razzo solido viene ridotta di 1 kg, la portata può essere aumentata di 16 km. Perciò, i compositi in fibra di carbonio sono ampiamente utilizzati negli alloggiamenti dei motori degli aerei. In futuro, la fibra di carbonio rappresenta una base importante per lo sviluppo di armi e attrezzature strategiche avanzate con miniaturizzazione, elevata mobilità, alta precisione, ed elevata capacità di penetrazione.
Scatola militare
La scatola militare in fibra di carbonio è applicabile allo stoccaggio delle attrezzature di addestramento, strumenti, e attrezzature, piccola attrezzatura, forniture di emergenza, operazioni all'aperto, ecc. La sua superficie utilizza un pannello in fibra di carbonio come pelle, che è stabile e durevole nella struttura e può garantire che la scatola abbia una buona tenuta, elevata tenacità, elevata resilienza, e la capacità di resistere alla deformazione da compressione. È adatto a vari ambienti difficili, come il deserto, navigazione, e aviazione, altopiano, ecc.
Si ritiene che con lo sviluppo e il progresso della scienza e della tecnologia, i compositi in fibra di carbonio saranno più ampiamente utilizzati in campo militare.
3D Stampa
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Gli ultimi sviluppi nella tecnologia di stampa 3D consentono alle aziende di farlo utilizzare la fibra di carbonio per la stampa, sebbene il materiale adesivo utilizzato sia diverso dal processo standard della fibra di carbonio. Attualmente ci sono due metodi di stampa in fibra di carbonio:
- Le fibre di carbonio tagliate sono fondamentalmente rinforzi di materiali termoplastici standard. Consente alle aziende di stampare materiali generalmente più deboli con una resistenza maggiore. Le fibre tagliate aumentano la resistenza e la rigidità del modello, e migliorare la stabilità dimensionale, finitura superficiale, e precisione. Tuttavia, alcuni filamenti fibrorinforzati tagliati enfatizzano la resistenza regolando la sovrasaturazione del materiale con le fibre. Ciò avrà un impatto negativo sulla qualità complessiva del pezzo, riducendo così la qualità della superficie e la precisione della parte, quindi darà vita a un'altra tecnologia di stampa.
- Fibra di carbonio continua è una soluzione economica ed efficace, che può sostituire le tradizionali parti metalliche con parti composite stampate in 3D perché può raggiungere una resistenza simile con solo una piccola parte del peso. Non solo aumenta la resistenza, ma fornisce anche agli utenti un rinforzo selettivo nelle aree che richiedono una maggiore durata.
Olio & Industria del gas
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Il petrolio e il gas si chiamano “sangue dell'industria”, da cui possiamo vedere l’importanza del petrolio e del gas per l’industria, che determina anche l’alto valore del petrolio e del gas. Gli impianti per lo sfruttamento del petrolio o del gas sul territorio utilizzano l'acciaio come materiale principale, ma l’ambiente per lo sfruttamento dei giacimenti petroliferi offshore è molto diverso da quello terrestre. Materiali compositi avanzati, principalmente compositi in fibra di carbonio, può adattarsi bene al duro ambiente marino.
- La tubazione del pozzo di produzione è un componente che si estende dal fondale marino al ponte della piattaforma di perforazione, e la maggior parte dei tubi lo sono 10.5 di diametro. Quando il tubo montante è realizzato in materiali compositi ibridi in fibra di carbonio e fibra di vetro, rispetto al tubo in acciaio inossidabile, il peso effettivo al metro è più leggero di 45 kg, e il peso di 1200 m può essere ridotto di 54 t, riducendo notevolmente il costo del corpo di galleggiamento.
- Il costo della fune d'acciaio è diventato molto elevato, e deve essere sostituito da comptethers, una corda composita in fibra di carbonio. Allo stesso tempo, comptethers è morbido e può essere arrotolato su un albero con un diametro di 4,4 m. È molto comodo da riporre, trasporto e utilizzo, che può ridurre il costo del progetto.
- La fibra di carbonio può essere utilizzata per produrre moduli di galleggiamento per rinforzare sfere cave di piccolo diametro. Al fine di sfruttare il petrolio e il gas di petrolio sotto i 5000~10000f di profondità marine, la domanda di tali componenti e involucri di galleggiamento è in crescita, ed è necessaria una grande quantità di fibra di carbonio.
Per riassumere, i compositi in fibra di carbonio sono stati utilizzati nella perforazione di tubi, corde, e componenti di galleggiabilità. Con il trasferimento e l'apertura dei giacimenti petroliferi offshore a giacimenti petroliferi di acque profonde, il consumo aumenta di giorno in giorno. Ovviamente, lo sviluppo dei giacimenti petroliferi in acque profonde sarà uno dei maggiori mercati potenziali per le applicazioni della fibra di carbonio.
Takeaway chiave
Fonte: Virare
Ormai, dovresti avere una certa comprensione delle super capacità della fibra di carbonio e della sua applicazione. Anche se è in uso da decenni, la fibra di carbonio è ancora considerata il materiale più all’avanguardia, quindi se stai considerando la fibra di carbonio come uno dei componenti del tuo prodotto, Spero che questo articolo possa darti qualche ispirazione.
