Perché la fibra di carbonio viene utilizzata nelle auto? Una guida completa

(Fonte: Pexels)

Come tutti sappiamo, metallo, plastica e monox sono materiali comuni utilizzati nelle automobili. Tuttavia, un nuovo materiale, la fibra di carbonio, sta gradualmente entrando nel settore automobilistico. Cos'è la fibra di carbonio? È adatta all'uso nelle automobili rispetto ai materiali tradizionali? Può contribuire a migliorare le prestazioni dell'auto? Esploriamo la fibra di carbonio e rispondiamo insieme alle domande nei seguenti passaggi.

Cos'è la fibra di carbonio

(Fonte: Pixabay)

La fibra di carbonio è un materiale molto diffuso, ottenuto ossidando e carbonizzando una specifica fibra grezza, detta precursore.

L'ossidazione e la carbonizzazione sono due processi importanti nella produzione della fibra di carbonio. Il precursore viene inizialmente inserito in un forno di ossidazione, dove le molecole della fibra si legano tra loro e si trasformano in un anello piridinico. Successivamente, il processo di carbonizzazione può rimuovere gli atomi non carboniosi dal precursore e riorganizzare gli atomi di carbonio in uno stato cristallino con più strati di anelli aromatici. Le proprietà della fibra di carbonio risultano ovviamente migliorate in termini di resistenza al calore e resistenza.

Le materie prime possono essere varie. Nel 1879, Thomas Edison inventò il primo tipo di fibra di carbonio, a base di fibra di cellulosa. Negli anni '50, Wright-Patterson inventò la fibra di carbonio a base di viscosa. Successivamente, in Giappone furono create la fibra di carbonio a base di PAN e la fibra di carbonio a base di pece. Oggigiorno, sempre più materiali vengono utilizzati come materie prime per la fibra di carbonio, al fine di esplorarne le proprietà migliori.

Secondo il modulo può essere classificato in cinque gruppi: UHM, HM, IM, UHT e HT. La maggior parte delle fabbriche utilizza la marcatura della base delle fibre, dei diametri e di altre proprietà chiave per una facile identificazione.

Proprietà della fibra di carbonio

(Fonte: Pexels)

Microscopicamente, la fibra di carbonio è una struttura multistrato sovrapposta composta da una rete di anelli esatomici. In una certa misura, questo determina la stabilità chimica della fibra di carbonio, indipendentemente dalla resistenza al calore, alla corrosione e ad altri aspetti. Inoltre, gli anelli esatomici sono sfalsati tra uno strato e l'altro. Questa speciale struttura facilita l'intercalazione tra gli strati. Questa struttura turbostratica policristallina rende la fibra di carbonio resistente lungo la direzione assiale. Ecco perché presenta un'elevata resistenza dal punto di vista macroscopico.

Alta resistenza

La fibra di carbonio comune può resistere a una resistenza alla trazione di 3500 MPa. Permettetemi di usare un'analogia per capire meglio quanto sia elevata questa resistenza. La resistenza alla trazione delle barre d'acciaio utilizzate nell'edilizia è standard di 600 MPa, il che consente di sostenere stabilmente la struttura di una casa comune. In altre parole, la resistenza della fibra di carbonio è cinque volte superiore a quella delle barre d'acciaio.

Capacità di buffering

La capacità ammortizzante è attribuita all'eccellente modulo della fibra di carbonio.

Il modulo elastico standard della fibra di carbonio è compreso tra 200 e 280 GPa. Prendendo ad esempio un tipo di materiale da imballaggio, il modulo elastico della schiuma flessibile è compreso tra 70 kPa e 700 kPa, in grado di resistere a vibrazioni e urti e di proteggere efficacemente le merci durante il trasporto. un milione di volte di il modulo può sicuramente far fronte a qualsiasi incidente nella vita quotidiana.

Se siete curiosi di sapere come si comporta la fibra di carbonio con il suo modulo elastico più elevato, vi rimando al mondo dei voli spaziali e all'industria aeronautica. Con oltre 700 GPa, offrono un contributo importante per proteggere aerei e razzi durante l'atterraggio e il lancio, promettendo movimenti stabili e un'esperienza di volo più coinvolgente.

Resistenza al calore

Tutti i tipi di fibra di carbonio sono resistenti al calore. Anche la fibra di carbonio a base di resina, che si colloca in fondo alla lista delle fibre resistenti al calore, può sopportare temperature fino a 200 °C. Ciò significa che può sopportare l'acqua bollente senza problemi.

Secondo le ultime ricerche, un nuovo tipo di fibra di carbonio a base di Zr e Ti può sopportare sorprendentemente 2000 °C. Ciò significa che nemmeno il fuoco può danneggiarla.

Resistenza alla corrosione

(Fonte: Unsplash)

Rispetto ai materiali metallici, la fibra di carbonio è più adattabile all'acidità. Il suo modulo elastico, la sua resistenza e i suoi diametri sono in grado di rimanere costanti in presenza di acido muriatico 50%, vetriolo e acido fosforico, che sono notevolmente corrosivi e possono ustionare gravemente la pelle.

Può mantenere a lungo le sue proprietà in acqua dolce, acqua di mare e acqua piovana. Negli ultimi due anni, Subsea Craft, una nota azienda britannica, ha sviluppato con successo un sottomarino in fibra di carbonio.

Inoltre, anziché ossidarsi, rimane chimicamente stabilizzato alle alte temperature. Quest'anno, il razzo Vaga-C VV21 con copertura del carico utile in fibra di carbonio ha completato perfettamente il suo primo volo. In particolare, la copertura del carico utile in fibra di carbonio sulla parte superiore del razzo ha protetto completamente il satellite al suo interno dall'aria calda fino a 1000 °C durante il passaggio nell'atmosfera.

Resistenza all'abrasione

Anche i caschi della polizia sono realizzati in fibra di carbonio, per la sua resistenza all'abrasione. Vale la pena provare la fibra di carbonio.

Bassa densità

La bassa densità è una caratteristica distintiva della fibra di carbonio. La maggior parte delle fibre di carbonio pesa circa 1,8 grammi per centimetro cubo, il che le rende molto più leggere di alluminio, acciaio, acciaio inossidabile, acciaio al carbonio e altri metalli comuni.

Questo è anche il motivo per cui molte aziende aeronautiche preferiscono la fibra di carbonio. Più leggero è l'aereo, maggiore è il risparmio energetico. Inoltre, un materiale leggero garantisce prestazioni eccellenti in volo.

Applicazioni della fibra di carbonio nelle automobili

(Fonte: Unsplash)

Le eccezionali proprietà della fibra di carbonio offrono un supporto strategico perfetto per le buone prestazioni dell'auto. Sempre più parti di auto in fibra di carbonio, come i pulsanti, le maniglie e altri elementi in fibra di carbonio, sono presenti nelle auto moderne.

Inoltre, l'aspetto della fibra di carbonio è nero e grigio, un colore molto elegante e accattivante. Pertanto, gioca un ruolo importante anche nel design delle auto.

Esterno

Se ti piace ascoltare l'autoradio, ti consiglio senza esitazione un'antenna in fibra di carbonio. Installata sul tetto di un'auto, l'antenna svolge un ruolo fondamentale nella ricezione del segnale FM. Purtroppo, il tetto di un'auto è sempre esposto a pioggia e sole, mentre i componenti interni dell'antenna sono estremamente vulnerabili all'acqua e al calore. La fibra di carbonio può risolvere questo problema in modo efficace. Grazie alla sua resistenza alla corrosione, l'acqua piovana e il sole non possono ossidare la fibra di carbonio. Manterrà la sua resistenza per proteggere l'hardware della tua autoradio, proprio come farebbe un tuo fedele alleato.

Anche la copertura dello specchietto retrovisore in fibra di carbonio è un accessorio utile, che può soddisfare non solo i principianti, ma anche i conducenti più esperti. Per i principianti, graffi imprevisti sullo specchietto retrovisore sono frequenti. L'eccellente capacità ammortizzante e la resistenza all'abrasione della fibra di carbonio garantiscono un'esperienza costante. Per i conducenti più esperti, avere una copertura dello specchietto con un'ottima resistenza al calore e all'acqua è un'ottima idea per risparmiare denaro sulla sostituzione delle coperture degli specchietti.

La fibra di carbonio viene utilizzata anche per il coperchio del serbatoio. Il coperchio del serbatoio deve essere sufficientemente resistente da sopportare il trattamento involontario e violento degli addetti alle stazioni di servizio. Dal punto di vista della sicurezza, deve avere un punto di accensione elevato, in modo da prevenire efficacemente gli incidenti dovuti alla combustione del carburante. Tutti questi requisiti sono soddisfatti dalle proprietà della fibra di carbonio.

Pertanto, possedendo esterno auto in fibra di carbonio rappresenta un'opzione vantaggiosa per molte fabbriche di automobili e per molti utenti.

Interno

(Fonte: Unsplash)

All'interno dell'auto, consigliamo pulsanti in fibra di carbonio. I pulsanti vengono sempre toccati dalle unghie, quindi non credo sia corretto utilizzare materiali non qualificati. La resistenza all'abrasione è un fattore fondamentale. Sempre più spesso, se la fibra di carbonio possiede una capacità ammortizzante, il tatto delle dita sarà molto morbido. Anche dopo un utilizzo prolungato, la forma dei pulsanti non subirà modifiche grazie al suo elevato modulo elastico.

Se preferisci un design e una decorazione complessivi per l'auto, puoi scegliere pomello e finiture in fibra di carbonio. Come il pulsante, il pomello del cambio in fibra di carbonio può ottimizzare l'esperienza al tatto e persino il feeling di guida. Disporre alcune finiture sugli angoli più vulnerabili può migliorare la durata e l'estetica dell'auto. Infine, ma non meno importante, interni auto in fibra di carbonio può essere pulito con un panno umido senza preoccuparsi di ossidarlo.

Il volante può essere realizzato in fibra di carbonio. Rispetto ai volanti tradizionali, offre un'esperienza di guida più leggera e impreziosisce l'auto con un grazioso motivo in nero e grigio.

Altri ingranaggi

Inoltre, la fibra di carbonio può essere utilizzata per realizzare cerchi per auto. In primo luogo, i cerchi in fibra di carbonio sono in grado di ammortizzare gli spazi interni dell'auto, garantendo un'esperienza di guida confortevole. In secondo luogo, grazie alla loro elevata resistenza, resistenza al calore e alla corrosione, la durata dei cerchi è notevolmente superiore rispetto ai tradizionali cerchi in metallo, soprattutto in condizioni operative gravose. Inoltre, la loro bassa densità riduce il peso complessivo dell'auto, con conseguente riduzione delle emissioni di carbonio. Questo design ecologico è sempre più diffuso nelle nuove auto ecocompatibili, in linea con la crescente richiesta di protezione ambientale a livello mondiale.

Le batterie sono la fonte di energia per i veicoli elettrici. La maggior parte delle batterie per auto sono generalmente al litio e si trovano solitamente nella parte inferiore del veicolo. Pertanto, richiedono una protezione completa. Inoltre, la batteria dovrebbe essere sostituita regolarmente. Pertanto, il contenitore per batteria deve essere pratico. Proprio il contenitore per batteria in fibra di carbonio soddisfa pienamente questi requisiti. L'eccezionale resistenza all'acqua, alla corrosione e all'invecchiamento contribuisce alle sue buone prestazioni in caso di grandi sbalzi di temperatura e ambienti di lavoro umidi. In questo modo, il contenitore per batteria in fibra di carbonio offre una protezione efficace per i gruppi batteria.

L'integrazione di materiali compositi in fibra di carbonio nel telaio del seggiolino auto può soddisfare il duplice obiettivo di leggerezza e sicurezza. La capacità di ammortizzamento garantirà un'esperienza di seduta confortevole e una protezione sicura contro gli urti accidentali.

Quando si parla di protezione dagli urti, non si può non fare riferimento al paraurti e alla staffa in fibra di carbonio. Entrambi sono in grado di assorbire l'energia. In caso di collisione ad alta velocità, la staffa assorbe la maggior parte dell'energia cinetica, mentre il paraurti assorbe la restante. Consigliamo vivamente di utilizzarli insieme per garantire un viaggio sicuro e piacevole. 

Conclusione

Da un lato, la fibra di carbonio è un materiale "sei in uno": protezione, resistenza, resistenza al calore, impermeabilità, resistenza all'abrasione e leggerezza. Dall'altro, il suo aspetto estetico è eccezionale. Sono queste proprietà che rendono la fibra di carbonio adatta all'industria automobilistica e gettano solide basi per un design automobilistico migliore in futuro.