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Em nossa vida diária, Muitas vezes ouvimos falar de fibra de carbono, que é familiar e desconhecido. É um tipo de material de alto desempenho, que tem sido amplamente utilizado em vários campos da indústria militar e civil. É considerado o representante típico de novos materiais industriais na área de alta tecnologia, e é chamado de rei dos materiais.
Então, este artigo irá popularizar as características e ampla aplicação da fibra de carbono para os leitores..
O que é fibra de carbono？
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A fibra de carbono é um tipo de material de grafite microcristalino, que é feito de fibra orgânica por carbonização e grafitização. A microestrutura da fibra de carbono é semelhante à da grafite artificial, que é uma estrutura de grafite de camada aleatória. A fibra de carbono refere-se à fibra de polímero inorgânico com um teor de carbono superior ao 90%. Tem as características de leve, alta resistência, resistência a altas temperaturas, resistência à fadiga, resistência à corrosão, condução de calor, e condutividade, e é um novo material com excelentes propriedades mecânicas.
Propriedades da fibra de carbono
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Para fazer uso de materiais de fibra de carbono, é necessário conhecer primeiro as características da fibra de carbono, para melhor aplicar este novo material na prática de produção. As principais características da fibra de carbono são as seguintes:
Força excessiva
A resistência à tração da fibra de carbono pode atingir 3.000 ~ 4.000 MPa, que é mais do que 4 vezes maior que o aço e 6 ou 7 vezes maior que o alumínio.
Módulo elástico alto
Seu módulo de elasticidade está acima de 230GPa.
Leve, mas forte
Baixa densidade e alta resistência específica. A massa da fibra de carbono é 1/4 de aço e 1/2 de liga de alumínio; A força específica é 16 vezes maior que a do aço e 12 vezes maior que a liga de alumínio.
Excelente resistência ao calor/frio
Pode suportar temperaturas ultra-altas. A fibra de carbono pode ser usada a 2.000 ℃, e não derreterá ou amolecerá sob a alta temperatura de 3000 ℃.
Bom em resistência a baixas temperaturas. A -180°C, o aço se tornará mais frágil que o vidro, enquanto a fibra de carbono ainda é muito macia.
Resistência Química
Bom em resistência a ácidos, resistência ao óleo, e resistência à corrosão. Pode resistir ao ataque de ácido clorídrico concentrado, ácido fosfórico, ácido sulfúrico, benzeno, acetona, e outras mídias. Se a fibra de carbono for colocada em 50% ácido clorídrico e seu módulo de elasticidade, força, e diâmetro basicamente permanecem inalterados.
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Através das vantagens óbvias dos dados, pode-se ver que a fibra de carbono é melhor que o titânio, aço, alumínio e outros materiais metálicos. Portanto, em apenas alguns anos, a fibra de carbono é considerada um material exótico e caro para a fabricação de produtos. Suas muitas características surpreendentes fazem dele a escolha ideal para diversas aplicações. Agora, pode ser encontrado em muitos aspectos da nossa vida diária. Algumas de suas muitas aplicações serão discutidas abaixo.
Aplicativos comuns
Automóveis
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Atualmente, os materiais utilizados nos acessórios do carro são principalmente aço de alta resistência, liga de alumínio, liga de magnésio, liga de titânio, composto de fibra de vidro, composto de fibra de carbono, etc.. Peças de fibra de carbono têm grandes vantagens em peso leve, segurança, conforto, confiabilidade, e melhorando o nível de desenvolvimento do carro.
- Depois interior do carro em fibra de carbono é aplicado em automóveis, o benefício mais óbvio para a fabricação de automóveis é o peso leve dos automóveis, e o impacto mais direto é a melhoria da economia de energia, aceleração, e desempenho de frenagem. Em outras palavras, automóveis ficam mais leves, mais rápido, e mais eficiente em termos de combustível.
- O exterior do carro em fibra de carbono tem uma excelente taxa de absorção de energia. A capacidade de absorção de energia de colisão é seis a sete vezes maior que a do aço e três a quatro vezes maior que a do alumínio, o que garante ainda mais a segurança do carro.
- Acessórios de fibra de carbono têm maior resistência à fadiga. A resistência à fadiga do aço e do alumínio é 30% para 50% da resistência à tração, enquanto os acessórios de fibra de carbono podem alcançar 70% para 80%. Portanto, a aplicação de compósitos de fibra de carbono em automóveis melhorou muito a confiabilidade dos materiais à fadiga.
Atualmente, automotivos são as peças mais utilizadas de acessórios de fibra de carbono em automóveis, como capuzes, quadros, estruturas de telhado e reforços, pilares, portas, spoilers, e outros componentes.
Equipamento Desportivo
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Em certo sentido, os esportes competitivos modernos são um esporte que desafia os limites da capacidade física humana. Quanto maior a resistência específica dos acessórios de fibra de carbono, quanto menor o peso próprio dos componentes. Portanto, aproveitar ao máximo as características dos acessórios de fibra de carbono pode melhorar o desempenho de muitos equipamentos esportivos.
1. Salto com vara.
Atualmente, o mais recente poste de fibra de carbono pode garantir que o poste seja flexível e forte sem quebrar ou dobrar. Pode converter a energia cinética da aproximação rápida do atleta com o bastão na energia de deformação elástica do bastão. Quando o poste é dobrado até o arco máximo, essa energia de deformação elástica será liberada novamente e transformada na energia potencial do atleta, ajudando o atleta a pular no ar e voar por cima do poste.
2. Golfe.
O taco de golfe é composto por uma empunhadura, um corpo de taco e uma cabeça de taco. O peso do taco de golfe feito de materiais compósitos de fibra de carbono pode ser reduzido em cerca de 10% ~ 40%. Quando o peso total do taco de golfe é fixo, o peso leve da cabeça é conveniente para melhorar a velocidade de giro, e a bola pode obter uma velocidade inicial maior. Além disso, compósitos de fibra de carbono têm altas características de amortecimento, o que pode prolongar o tempo de rebatida e fazer a bola bater mais longe.
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3. Raquetes de tênis
A tendência de desenvolvimento de raquetes de tênis é em grande escala e leve. Atualmente, a maioria das raquetes de tênis altas e médias do mundo são feitas de compostos de fibra de carbono. A grande raquete de tênis precisa ser feita de materiais compostos de fibra de carbono com peso leve, alta resistência específica, e grande módulo específico. Ele pode suportar uma tensão de fio mais forte do que a estrutura da raquete de madeira para garantir que não se deformará ao bater.
Além dos vários equipamentos esportivos acima, existem muitos outros equipamentos esportivos que usam fibra de carbono como componente de produção. Em uma palavra, a dimensão da brasagem de carbono só será utilizada cada vez mais amplamente na indústria esportiva.
Equipamento Militar
Já em meados da década de 1960, o convés da canhoneira patrulha passou a usar acessórios de fibra de carbono. No início dos anos 1970, a superestrutura do barco de caça às minas também passou a usar compósitos de fibra de carbono. Atualmente, as aplicações militares da fibra de carbono são as seguintes：
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Aeronave Militar
O desenvolvimento da indústria espacial é mesquinho. Por exemplo, se a massa do motor de foguete sólido for reduzida em 1 kg, o alcance pode ser aumentado em 16 km. Portanto, compósitos de fibra de carbono são amplamente utilizados nas carcaças de motores de aeronaves. No futuro, a fibra de carbono é uma base importante para o desenvolvimento de armas e equipamentos estratégicos avançados com miniaturização, alta mobilidade, alta precisão, e alta capacidade de penetração.
Caixa Militar
A caixa militar de fibra de carbono é aplicável ao armazenamento de equipamentos de treinamento, instrumentos, e equipamentos, equipamento pequeno, suprimentos de emergência, operações ao ar livre, etc.. Sua superfície usa placa de fibra de carbono como pele, que é estável e durável em estrutura e pode garantir que a caixa tenha uma boa vedação, alta tenacidade, alta resiliência, e a capacidade de resistir à deformação por compressão. É adequado para vários ambientes agressivos, como deserto, navegação, e aviação, platô, etc..
Acredita-se que com o desenvolvimento e progresso da ciência e da tecnologia, compósitos de fibra de carbono serão mais amplamente utilizados no campo militar.
3Impressão D
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O mais recente desenvolvimento em tecnologia de impressão 3D permite que as empresas use fibra de carbono para impressão, embora o material adesivo utilizado seja diferente do processo padrão de fibra de carbono. Existem atualmente dois métodos de impressão em fibra de carbono:
- As fibras de carbono picadas são basicamente reforços de termoplásticos padrão. Permite que as empresas imprimam materiais geralmente mais fracos com maior resistência. Fibras picadas aumentam a resistência e rigidez do modelo, e melhorar a estabilidade dimensional, acabamento superficial, e precisão. No entanto, alguns filamentos reforçados com fibra cortada enfatizam a resistência ajustando a supersaturação do material com fibras. Isso terá um impacto negativo na qualidade geral da peça de trabalho, reduzindo assim a qualidade da superfície e a precisão da peça, então dará origem a outra tecnologia de impressão.
- Fibra de carbono contínua é uma solução económica e eficaz, que pode substituir peças metálicas tradicionais por peças compostas impressas em 3D porque pode atingir resistência semelhante com apenas uma pequena parte do peso. Não só aumenta a resistência, mas também fornece aos usuários um reforço seletivo em áreas que exigem maior durabilidade.
Óleo & Indústria de Gás
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Petróleo e gás são chamados de “sangue da indústria”, a partir do qual podemos ver a importância do petróleo e do gás para a indústria, o que também determina o alto valor do petróleo e do gás. As instalações para exploração de petróleo ou gás na terra usam o aço como material principal, mas o ambiente para a exploração dos campos petrolíferos offshore é muito diferente daquele em terra. Materiais compósitos avançados, principalmente compósitos de fibra de carbono, pode muito bem se adaptar ao ambiente marinho hostil.
- O tubo do poço de produção é um componente que se estende do fundo do mar até o convés da plataforma de perfuração, e a maioria dos tubos são 10.5 de diâmetro. Quando o tubo ascendente é feito de materiais compósitos híbridos de fibra de carbono e fibra de vidro, em comparação com o tubo de aço inoxidável, o peso efetivo por metro é 45kg mais leve, e o peso de 1200m pode ser reduzido em 54t, reduzindo significativamente o custo do corpo de flutuabilidade.
- O custo do cabo de aço tornou-se muito grande, e precisa ser substituído por comptethers, uma corda composta de fibra de carbono. Ao mesmo tempo, Comptethers é macio e pode ser enrolado em um eixo com diâmetro de 4,4m. É muito conveniente armazenar, transporte e uso, o que pode reduzir o custo do projeto.
- A fibra de carbono pode ser usada para fabricar módulos de flutuabilidade para reforçar esferas ocas de pequeno diâmetro. A fim de explorar petróleo e gás de petróleo abaixo de 5.000 ~ 10.000f de profundidade, a demanda por tais componentes e invólucros de flutuação está crescendo, e uma grande quantidade de fibra de carbono é necessária.
Resumindo, compósitos de fibra de carbono têm sido usados na perfuração de tubos, cordas, e componentes de flutuabilidade. Com a transferência e abertura de campos petrolíferos offshore para campos petrolíferos em águas profundas, o consumo aumenta a cada dia. Obviamente, o desenvolvimento de campos petrolíferos em águas profundas será um dos maiores mercados potenciais para aplicações de fibra de carbono.
Principal vantagem
Fonte: VEER
Até agora, você deve ter uma certa compreensão das supercapacidades da fibra de carbono e sua aplicação. Embora tenha sido usado há décadas, a fibra de carbono ainda é considerada o material mais moderno, então, se você está considerando a fibra de carbono como um dos componentes do seu produto, Espero que este artigo possa lhe dar alguma inspiração.
