Por que a fibra de carbono é usada em carros? Um guia básico

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Como todos sabemos, metal, plástico e monoóxido são materiais comuns usados em carros. No entanto, um novo material, a fibra de carbono, está gradualmente entrando na indústria automobilística. Então, o que é fibra de carbono? Ela é adequada para uso em carros em comparação com materiais tradicionais? Pode contribuir para um melhor desempenho do carro? Vamos explorar a fibra de carbono e esclarecer as dúvidas juntos nos seguintes trechos.

O que é fibra de carbono

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A fibra de carbono é um material amplamente difundido, oxidado e carbonizado a partir de uma fibra bruta específica, chamada precursora.

Oxidação e carbonização são dois processos importantes na fabricação de fibra de carbono. O precursor passa primeiro por um forno de oxidação, onde as moléculas da fibra se conectam e formam um anel de piridina. Posteriormente, o processo de carbonização remove os átomos não carbono do precursor e reorganiza os átomos de carbono em um estado cristalino com mais camadas de anéis aromáticos. As propriedades da fibra de carbono são obviamente melhoradas em termos de resistência ao calor e resistência.

Suas matérias-primas podem ser variadas. Em 1879, Thomas Edison inventou o primeiro tipo de fibra de carbono, à base de fibra de celulose. Na década de 1950, Wright-Patterson inventou a fibra de carbono à base de viscose. Posteriormente, a fibra de carbono à base de PAN e a fibra de carbono à base de piche foram criadas no Japão. Hoje em dia, cada vez mais materiais se tornam matérias-primas de fibra de carbono para explorar melhores propriedades.

De acordo com o módulo, pode ser classificado em cinco grupos: UHM, HM, IM, UHT e HT. A maioria das fábricas costuma marcar a base da fibra, os diâmetros e outras propriedades importantes para facilitar a identificação.

Propriedades da fibra de carbono

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Microscopicamente, a fibra de carbono é uma estrutura sobreposta de múltiplas camadas, composta por uma rede de anéis hexatômicos. Até certo ponto, isso determina a estabilidade química da fibra de carbono, independentemente da resistência ao calor, resistência à corrosão e outros aspectos. Além disso, os anéis hexatômicos são escalonados entre camadas. Essa construção especial permite fácil intercalação entre camadas. Essa estrutura turboestrática policristalina torna a fibra de carbono resistente ao longo da direção axial. É por isso que ela apresenta alta resistência do ponto de vista macroscópico.

Alta resistência

A fibra de carbono comum pode suportar uma resistência à tração de 3500 Mpa. Permita-me fazer uma analogia para entender melhor a alta resistência de 3500 Mpa. A resistência à tração das barras de aço usadas na construção civil é, em média, de 600 Mpa, o que permite suportar com estabilidade a estrutura de uma casa comum. Em outras palavras, a resistência da fibra de carbono é cinco vezes maior do que a das barras de aço.

Capacidade de buffer

A capacidade de amortecimento é atribuída ao excelente módulo da fibra de carbono.

O módulo de elasticidade padrão da fibra de carbono é de 200-280 GPa. Tomando como exemplo um tipo de material de embalagem, o módulo de elasticidade da espuma flexível está entre 70 kPa e 700 kPa, que são capazes de resistir a vibrações e impactos e proteger bem as mercadorias durante o transporte. um milhão de vezes de O módulo definitivamente pode lidar com qualquer falha na vida diária.

Se você tem curiosidade sobre o desempenho da fibra de carbono com alto módulo de elasticidade, vou falar sobre voos espaciais e a indústria aeronáutica. Com mais de 700 GPa, elas contribuem significativamente para amortecer o pouso e o lançamento de aeronaves e foguetes, prometendo movimento estável e experiência.

Resistência ao calor

Todos os tipos de fibra de carbono são resistentes ao calor. Mesmo a fibra de carbono à base de resina, que ocupa o último lugar na lista de resistência ao calor, pode suportar até 200 ℃. Isso significa que ela pode suportar água fervente sem preocupações.

De acordo com as últimas pesquisas, um novo tipo de fibra de carbono à base de Zr e Ti pode suportar surpreendentemente 2000 ℃. Isso significa que nem mesmo o fogo intenso pode danificá-la.

Resistência à corrosão

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Comparada aos materiais metálicos, a fibra de carbono é mais adaptável à acidez. Seu módulo de elasticidade, resistência e diâmetros são capazes de permanecer constantes em ácido muriático 50%, vitríolo e ácido fosfórico, que são consideravelmente corrosivos e podem queimar gravemente a pele.

Ele pode permanecer em água doce, salgada e pluvial por muito tempo. Nos últimos dois anos, a Subsea Craft, uma renomada empresa do Reino Unido, desenvolveu com sucesso um submarino de fibra de carbono.

Além disso, em vez de sofrer oxidação, ele permanece quimicamente estabilizado em altas temperaturas. Este ano, o foguete Vaga-C VV21 com cobertura de fibra de carbono para carga útil concluiu com perfeição sua primeira jornada de voo. Em particular, a cobertura de fibra de carbono para carga útil na parte superior do foguete protegeu completamente o satélite interno do ar quente de até 1000 °C ao atravessar a atmosfera.

Resistência à Abrasão

Os capacetes policiais também são feitos de fibra de carbono devido à sua resistência à abrasão. Vale a pena experimentar a fibra de carbono.

Baixa densidade

A baixa densidade é uma característica famosa da fibra de carbono. A maioria das fibras de carbono tem cerca de 1,8 gramas por centímetro cúbico, o que é muito mais leve do que alumínio, aço, aço inoxidável, aço carbono e outros metais populares.

Esta também é a razão pela qual um grande número de empresas aeronáuticas prefere a fibra de carbono. Quanto mais leve o avião, mais energia ele pode economizar. Além disso, o material leve garante excelente desempenho no céu.

Aplicações da fibra de carbono em carros

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As excelentes propriedades da fibra de carbono oferecem suporte estratégico perfeito para o bom desempenho do carro. Cada vez mais peças de carro de fibra de carbono, como botões de carro, maçanetas e outras fibras de carbono, aparecem em carros modernos.

Além disso, a aparência da fibra de carbono é preta e cinza, o que a torna muito estilosa e moderna. Portanto, ela também desempenha um papel importante no design decorativo de automóveis.

Exterior

Se você gosta de ouvir rádio automotivo, recomendo sem hesitar uma antena de fibra de carbono. Instalada no teto do carro, a antena desempenha um papel significativo na recepção do sinal FM. Infelizmente, o teto do carro é um local constantemente exposto à chuva e ao sol, enquanto os componentes internos da antena são muito vulneráveis à água e ao calor. E a fibra de carbono pode resolver esse problema de forma precisa. Graças à sua resistência à corrosão, a água da chuva e o sol não oxidam a fibra de carbono. Ela manterá sua resistência para proteger o sistema de hardware do rádio do seu carro, assim como seu fiel companheiro.

A capa de fibra de carbono para o retrovisor também é uma peça útil, que pode satisfazer não apenas iniciantes na direção, mas também motoristas experientes. Para iniciantes, arranhões inesperados no retrovisor acontecem com frequência. A excelente capacidade de amortecimento e a resistência à abrasão da fibra de carbono proporcionam uma experiência estável. Para motoristas experientes, ter uma capa de espelho com excelente resistência ao calor e à água é uma boa ideia para economizar dinheiro na troca das capas.

A fibra de carbono também é aplicada à cobertura do tanque de combustível. A cobertura do tanque de combustível deve ser resistente o suficiente para suportar o tratamento inadequado de funcionários ocupados em postos de gasolina. Do ponto de vista da segurança, ela deve ter um ponto de ignição alto para que acidentes com queima de gasolina possam ser prevenidos de forma eficaz. Todos esses requisitos são atendidos pelas propriedades da fibra de carbono.

Portanto, possuir exterior do carro em fibra de carbono é uma opção benéfica para muitas fábricas e usuários de automóveis.

Interior

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No interior do carro, sugerimos o design dos botões em fibra de carbono. O botão é sempre tocado pelas nossas unhas, por isso não acho aceitável usar materiais não qualificados. A resistência à abrasão é um fator necessário. Cada vez mais, com a capacidade de amortecimento da fibra de carbono, a sensação ao toque no dedo será muito suave. Mesmo após um longo período de uso, não haverá nenhuma alteração no formato do botão devido ao seu alto módulo de elasticidade.

Se você prefere decoração e design geral no carro, pode optar por um botão e acabamento em fibra de carbono para alavanca de câmbio. Assim como o botão, o botão de câmbio em fibra de carbono pode otimizar sua experiência de toque e até mesmo a sensação de dirigir. Aplicar alguns acabamentos em cantos vulneráveis pode promover a durabilidade e a estética visual do carro. Por último, mas não menos importante, interior de carro em fibra de carbono pode ser limpo com pano úmido sem preocupações de oxidação.

O volante pode ser feito de fibra de carbono. Comparado aos volantes convencionais, ele proporcionará uma experiência leve e decorará seu carro com um belo padrão em preto e cinza.

Outras engrenagens

Além disso, a fibra de carbono pode ser usada na fabricação de rodas de automóveis. Primeiramente, as rodas de fibra de carbono são capazes de amortecer os compartimentos do veículo, garantindo uma experiência de direção confortável. Em segundo lugar, devido à sua alta resistência, resistência ao calor e resistência à corrosão, a vida útil das rodas de automóveis é muito maior do que as rodas de metal tradicionais, especialmente em condições severas de campo. Além disso, sua baixa densidade reduz o peso total do veículo, resultando em baixas emissões de carbono. Este design ecológico é cada vez mais popular em novos carros ecologicamente corretos, atendendo à tendência mundial de proteção ambiental.

As baterias são a fonte de energia dos veículos elétricos. A maioria das baterias de automóveis são geralmente de lítio e geralmente estão localizadas na parte inferior do veículo. Portanto, elas requerem proteção total. Além disso, a bateria deve ser substituída regularmente. Portanto, a caixa da bateria deve ser conveniente. Exatamente, a caixa da bateria de fibra de carbono atende adequadamente a essas demandas. Excelente resistência à água, resistência à corrosão e resistência ao envelhecimento contribuem para seu bom desempenho em ambientes de trabalho com grandes diferenças de temperatura e umidade. Dessa forma, a caixa da bateria de fibra de carbono oferece proteção eficaz para os conjuntos de baterias.

A incorporação de materiais compostos de fibra de carbono na estrutura do assento do carro pode atender perfeitamente aos objetivos de leveza e segurança. A capacidade de amortecimento proporcionará uma experiência de assento confortável e proteção contra colisões acidentais.

Quando se trata de proteção contra colisões, devemos nos referir ao para-choque e ao suporte de fibra de carbono. Ambos são capazes de absorver energia. Em uma colisão em alta velocidade, o suporte absorve a maior parte da energia cinética, enquanto o para-choque absorve o restante. Certamente, recomendamos o uso em conjunto para garantir uma viagem segura e agradável. 

Conclusão

Por um lado, a fibra de carbono é um material seis-em-um que combina amortecimento, resistência, resistência ao calor, à água, à abrasão e leveza. Por outro lado, sua aparência elegante é excepcional. São essas propriedades que adaptam a fibra de carbono à indústria automobilística e estabelecem uma base sólida para um melhor design automotivo no futuro.