Распространенные применения углеродного волокна

Источник: pexels 

В нашей повседневной жизни мы часто слышим об углеродном волокне, которое одновременно и знакомо, и незнакомо. Это своего рода высокопроизводительный материал, который широко используется в различных областях военной и гражданской промышленности. Он считается типичным представителем новых промышленных материалов в области высоких технологий и называется королем материалов.

Затем эта статья популяризирует среди читателей характеристики и широкое применение углеродного волокна.

Что такое углеродное волокно?

Источник: Байду

Углеродное волокно — это разновидность микрокристаллического графитового материала, который изготавливается из органического волокна путем карбонизации и графитизации. Микроструктура углеродного волокна похожа на микроструктуру искусственного графита, который представляет собой случайную слоистую структуру графита. Углеродное волокно относится к неорганическому полимерному волокну с содержанием углерода выше 90%. Оно обладает такими характеристиками, как легкость, высокая прочность, устойчивость к высоким температурам, усталостная стойкость, коррозионная стойкость, теплопроводность и электропроводность, и является новым материалом с превосходными механическими свойствами.

Свойства углеродного волокна

Источник: Майкрософт Бинг

Для использования материалов из углеродного волокна необходимо сначала знать характеристики углеродного волокна, чтобы лучше применять этот новый материал в производственной практике. Основные характеристики углеродного волокна следующие:

Чрезмерная сила

Прочность на разрыв углеродного волокна может достигать 3000–4000 МПа, что более чем в 4 раза выше, чем у стали, и в 6–7 раз выше, чем у алюминия.

Высокий модуль упругости

Его модуль упругости превышает 230 ГПа.

Легкий, но прочный

Низкая плотность и высокая удельная прочность. Масса углеродного волокна составляет 1/4 массы стали и 1/2 массы алюминиевого сплава; Удельная прочность в 16 раз больше, чем у стали и в 12 раз больше, чем у алюминиевого сплава.

Отличная устойчивость к жаре/холоду

Он может выдерживать сверхвысокие температуры. Углеродное волокно можно использовать при температуре 2000℃, и оно не плавится и не размягчается при высокой температуре 3000℃.

Хорошо выдерживает низкие температуры. При -180℃ сталь станет более хрупкой, чем стекло, в то время как углеродное волокно все еще очень мягкое.

Химическая стойкость

Хорошая кислотостойкость, маслостойкость и коррозионная стойкость. Может выдерживать воздействие концентрированной соляной кислоты, фосфорной кислоты, серной кислоты, бензола, ацетона и других сред. Если углеродное волокно поместить в соляную кислоту 50%, его модуль упругости, прочность и диаметр в основном остаются неизменными.

Источник: Байду

Благодаря очевидным преимуществам данных можно увидеть, что углеродное волокно лучше титана, стали, алюминия и других металлических материалов. Поэтому всего за несколько лет углеродное волокно стало считаться экзотическим и дорогим материалом для производства продукции. Его многочисленные удивительные характеристики делают его идеальным выбором для различных применений. Теперь его можно найти во многих аспектах нашей повседневной жизни. Некоторые из его многочисленных применений будут рассмотрены ниже.

Распространенные приложения

Автомобили

Источник: pixabay

В настоящее время в качестве материалов для изготовления автомобильных аксессуаров в основном используются высокопрочная сталь, алюминиевый сплав, магниевый сплав, титановый сплав, стеклопластик, углеродное волокно и т. д. Детали из углеродного волокна имеют большие преимущества в плане легкости, безопасности, комфорта, надежности и повышения уровня развития автомобиля.

1. После салон автомобиля из углеродного волокна применяется к автомобилям, наиболее очевидным преимуществом для автомобилестроения является облегчение автомобилей, а наиболее прямым воздействием является улучшение энергосбережения, ускорения и торможения. Другими словами, автомобили становятся легче, быстрее и экономичнее.
2. The экстерьер автомобиля из углеродного волокнаимеет превосходную скорость поглощения энергии. Способность поглощения энергии столкновения в шесть-семь раз больше, чем у стали и в три-четыре раза больше, чем у алюминия, что дополнительно обеспечивает безопасность автомобиля.
3. Усталостная прочность деталей из углеродного волокна выше. Усталостная прочность стали и алюминия составляет от 30% до 50% предела прочности на растяжение, тогда как у деталей из углеродного волокна она может достигать 70% до 80%. Поэтому применение композитов из углеродного волокна в автомобилях значительно повысило усталостную надежность материалов.

В настоящее время в автомобилях наиболее широко используются детали из углеродного волокна, такие как капоты, рамы, каркасы и ребра жесткости крыши, стойки, двери, спойлеры и другие компоненты.

Спортивное оборудование

Источник: pixabay

В определенном смысле, современные соревновательные виды спорта являются видом спорта, который бросает вызов пределам физических возможностей человека. Чем выше удельная прочность аксессуаров из углеродного волокна, тем меньше собственный вес компонентов. Поэтому полное использование характеристик аксессуаров из углеродного волокна может улучшить производительность многих видов спортивного инвентаря.

1. Прыжок с шестом.

В настоящее время новейший шест из углеродного волокна может гарантировать, что шест будет гибким и прочным, не ломаясь и не перегибая. Он может преобразовывать кинетическую энергию быстрого приближения спортсмена с шестом в упругую энергию деформации шеста. Когда шест согнут по максимальной дуге, эта упругая энергия деформации снова высвобождается и преобразуется в потенциальную энергию спортсмена, помогая спортсмену подпрыгнуть в воздухе и перелететь через шест.

2. Гольф.

Клюшка для гольфа состоит из рукоятки, корпуса клюшки и головки клюшки. Вес клюшки для гольфа, изготовленной из композитных материалов на основе углеродного волокна, может быть уменьшен примерно на 10%~40%. Когда общий вес клюшки для гольфа фиксирован, легкий вес головки удобен для улучшения скорости замаха, и мяч может получить большую начальную скорость. Кроме того, композиты на основе углеродного волокна обладают высокими характеристиками демпфирования, что может продлить время удара и заставить мяч ударить дальше.

Источник: pexels 

3. Теннисные ракетки

Тенденция развития теннисных ракеток — крупногабаритные и легкие. В настоящее время большинство высоких и средних теннисных ракеток в мире изготавливаются из композитных материалов на основе углеродного волокна. Большая теннисная ракетка должна быть изготовлена из композитных материалов на основе углеродного волокна с легким весом, высокой удельной прочностью и большим удельным модулем. Она может выдерживать более сильное натяжение проволоки, чем деревянная рама ракетки, чтобы гарантировать, что она не деформируется при ударе.

В дополнение к нескольким вышеупомянутым спортивным снарядам, есть много других спортивных снарядов, использующих углеродное волокно в качестве производственного компонента. Одним словом, измерение пайки углеродным припоем будет использоваться все шире и шире в спортивной индустрии.

Военная техника

Еще в середине 1960-х годов палубное помещение патрульного катера стало использовать аксессуары из углеродного волокна. В начале 1970-х годов надстройка минного тральщика также начала использовать композиты из углеродного волокна. В настоящее время военное применение углеродного волокна заключается в следующем:

Источник: Байду

Военные самолеты

Развитие космической отрасли — это бережливое дело. Например, если массу твердотопливного ракетного двигателя уменьшить на 1 кг, дальность полета можно увеличить на 16 км. Поэтому композиты из углеродного волокна широко используются в корпусах двигателей самолетов. В будущем углеродное волокно станет важной основой для разработки передового стратегического оружия и оборудования с миниатюризацией, высокой мобильностью, высокой точностью и высокой проникающей способностью.

Военная коробка

Военный ящик из углеродного волокна применяется для хранения учебного оборудования, инструментов и оборудования, небольшого оборудования, аварийных запасов, операций на открытом воздухе и т. д. Его поверхность использует углеродное волокно в качестве оболочки, которая является стабильной и прочной по структуре и может гарантировать, что ящик имеет хорошую герметизацию, высокую прочность, высокую упругость и способность противостоять деформации сжатия. Он подходит для различных суровых условий, таких как пустыня, навигация и авиация, плато и т. д.

Предполагается, что с развитием и прогрессом науки и техники композиты на основе углеродного волокна будут все шире использоваться в военной сфере.

3D-печать

Источник: Байду

Последние разработки в области технологий 3D-печати позволяют компаниям использовать углеродное волокно для печати, хотя используемый адгезивный материал отличается от стандартного процесса углеродного волокна. В настоящее время существуют два метода печати углеродным волокном:

1. Рубленые углеродные волокна по сути являются армированием стандартных термопластиков.. Это позволяет компаниям печатать в целом более слабые материалы с более высокой прочностью. Рубленые волокна повышают прочность и жесткость модели, а также улучшают размерную стабильность, качество поверхности и точность. Однако некоторые нити, армированные рублеными волокнами, подчеркивают прочность, регулируя перенасыщение материала волокнами. Это отрицательно скажется на общем качестве заготовки, тем самым снижая качество поверхности и точность деталей, поэтому это даст начало другой технологии печати.
2. Непрерывное углеродное волокно является экономичным и эффективным решением, которое может заменить традиционные металлические детали на 3D-печатные композитные детали, поскольку оно может достичь аналогичной прочности при лишь небольшой части веса. Оно не только увеличивает прочность, но и предоставляет пользователям выборочное усиление в областях, требующих более высокой прочности.

Нефтегазовая промышленность

Источник: Вир

Нефть и газ называют «кровью промышленности», из чего мы можем видеть важность нефти и газа для промышленности, что также определяет высокую ценность нефти и газа. Сооружения для добычи нефти или газа на суше используют сталь в качестве основного материала, но среда для эксплуатации морских нефтяных месторождений сильно отличается от той, что на суше. Современные композитные материалы, в основном композиты на основе углеродного волокна, могут хорошо адаптироваться к суровой морской среде.

1. Труба эксплуатационной скважины это компонент, простирающийся от морского дна до палубы буровой платформы, и большинство труб имеют диаметр 10,5 дюймов. Когда подъемная труба изготовлена из углеродного волокна и гибридных композитных материалов из стекловолокна, по сравнению с трубой из нержавеющей стали, эффективный вес на метр легче на 45 кг, а вес 1200 м может быть уменьшен на 54 тонны, что значительно снижает стоимость плавучего корпуса.
2. Стоимость стального троса стала очень большой, и его необходимо заменить на comptethers, композитный трос из углеродного волокна. В то же время comptethers мягкий и может быть намотан на вал диаметром 4,4 м. Его очень удобно хранить, транспортировать и использовать, что может снизить стоимость проекта.
3. Углеродное волокно может быть использовано для изготовления плавучих модулей для армирования полых сфер малого диаметра. Для добычи нефти и нефтяного газа на глубине 5000~10000 футов растет спрос на такие плавучие компоненты и оболочки, и требуется большое количество углеродного волокна.

Подводить итоги, Композиты из углеродного волокна использовались в бурильных трубах, канатах и компонентах плавучести.. С переносом и открытием морских нефтяных месторождений на глубоководные нефтяные месторождения потребление растет с каждым днем. Очевидно, что разработка глубоководных нефтяных месторождений станет одним из крупнейших потенциальных рынков для применения углеродного волокна.

Ключевой вывод

Источник: Вир

К настоящему моменту у вас должно быть определенное понимание супервозможностей углеродного волокна и его применения. Хотя его используют уже десятки лет, углеродное волокно по-прежнему считается самым передовым материалом, поэтому, если вы рассматриваете углеродное волокно в качестве одного из компонентов вашего продукта, я надеюсь, что эта статья сможет вас вдохновить.