Почему углеродное волокно используется в автомобилях? Руководство 101

(Источник: Пексельс)

Как мы все знаем, металл, пластик и монокс являются распространенными материалами, используемыми в автомобилях. Однако новый материал, углеродное волокно, постепенно входит в автомобильную промышленность. Так что же такое углеродное волокно? Подходит ли оно для использования в автомобилях по сравнению с традиционными материалами? Может ли оно внести вклад в улучшение характеристик автомобиля? Давайте рассмотрим углеродное волокно и вместе устраним вопросы в следующих отрывках.

Что такое углеродное волокно

(Источник: Pixabay)

Углеродное волокно — широко распространенный материал, который окисляется и карбонизируется из определенного сырьевого волокна, называемого прекурсором.

Окисление и карбонизация — два важных процесса в производстве углеродного волокна. Сначала прекурсор попадает в окислительную печь, где молекулы волокна соединяются друг с другом и становятся пиридиновым кольцом. Позже процесс карбонизации может удалить неуглеродные атомы из прекурсора и реорганизовать атомы углерода в кристаллическое состояние с большим количеством ароматических кольцевых слоев. Свойства углеродного волокна, очевидно, улучшаются с точки зрения термостойкости и прочности.

Их сырье может быть различным. В 1879 году Томас Эдисон изобрел первый тип углеродного волокна, которое основано на целлюлозном волокне. В 1950-х годах Райт-Паттерсон изобрел углеродное волокно на основе вискозы. Затем в Японии были созданы углеродное волокно на основе ПАН и углеродное волокно на основе пека. В настоящее время все больше и больше материалов становятся сырьем для углеродного волокна с целью исследования лучших свойств.

По модулю это может быть классифицировано на пять групп: UHM, HM, IM, UHT и HT. Большинство заводов используют маркировку своей волокнистой основы, диаметров и других ключевых свойств для легкой идентификации.

Свойства углеродного волокна

(Источник: Пексельс)

Микроскопически углеродное волокно представляет собой многослойную перекрывающуюся структуру, состоящую из шестиатомной кольцевой сетки. В некоторой степени это определяет химическую стабильность углеродного волокна, независимо от термостойкости, коррозионной стойкости и других аспектов. И шестиатомные кольца расположены в шахматном порядке между слоями и слоями. Эта особая конструкция обеспечивает легкую интеркаляцию между слоями. Эта поликристаллическая турбостратная структура делает углеродное волокно прочным вдоль осевого направления. Вот почему оно обладает высокой прочностью с точки зрения макроскопического.

Высокая прочность

Обычное углеродное волокно может выдерживать прочность на разрыв 3500 МПа. Позвольте мне провести аналогию, чтобы лучше понять, насколько высока прочность в 3500 МПа. Прочность на разрыв стальных стержней, используемых в строительной отрасли, стандартно составляет 600 МПа, что может стабильно поддерживать каркас обычного дома. Другими словами, прочность углеродного волокна в пять раз выше, чем у стальных стержней.

Емкость буферизации

Буферная способность обусловлена превосходным модулем упругости углеродного волокна.

Стандартный модуль упругости углеродного волокна составляет 200-280 ГПа. Если взять, например, тип упаковочных материалов, то модуль упругости гибкой пены составляет от 70 кПа до 700 кПа, что позволяет выдерживать вибрацию и удары, а также хорошо защищать грузы при транспортировке. Такие миллион раз Модуль определенно способен справиться с любой аварией в повседневной жизни.

Если вам интересно, как ведет себя углеродное волокно с высоким модулем упругости, я отведу вас к космическим полетам и авиационной промышленности. С более чем 700 ГПа они вносят большой вклад в амортизацию самолетов и ракет при посадке и запуске, обещая устойчивое движение и опыт.

Теплостойкость

Все типы углеродного волокна являются термостойкими. Даже углеродное волокно на основе смолы, которое находится в самом низу списка шумоизоляции, может выдерживать 200 ℃. Это означает, что оно может выдерживать кипящую воду без каких-либо проблем.

Согласно последним исследованиям, новый тип углеродного волокна на основе Zr и Ti может удивительным образом выдерживать 2000 ℃. Это означает, что даже горячий огонь не может повредить его.

Коррозионная стойкость

(Источник: Unsplash)

По сравнению с металлическими материалами углеродное волокно более приспособлено к кислотности. Его модуль упругости, прочность и диаметры способны оставаться постоянными в соляной кислоте 50%, купоросе и фосфорной кислоте, которые являются весьма едкими и могут серьезно обжечь нашу кожу.

Он может сохранять свойства в пресной, морской и дождевой воде в течение длительного времени. За последние два года Subsea Craft, известная компания в Великобритании, успешно разработала подводное судно из углеродного волокна.

Кроме того, вместо того, чтобы быть окисленным, он остается химически стабилизированным при высоких температурах. В этом году ракета Vaga-C VV21 с чехлом из углеродного волокна для полезной нагрузки прекрасно завершила свой первый полет. В частности, чехол из углеродного волокна для полезной нагрузки в верхней части ракеты полностью защитил спутник внутри от горячего воздуха до 1000 °C при прохождении через атмосферу.

Абразивная стойкость

Полицейские шлемы также изготавливаются из углеродного волокна из-за его абразивной стойкости. Стоит попробовать углеродное волокно.

Низкая плотность

Низкая плотность — известная особенность углеродного волокна. Большинство углеродных волокон весят около 1,8 грамма на кубический сантиметр, что намного легче алюминия, стали, нержавеющей стали, углеродистой стали и других популярных металлов.

Это также причина, по которой большое количество авиастроительных компаний отдают предпочтение углеродному волокну. Чем легче самолет, тем больше энергии он может сэкономить. Кроме того, легкий материал гарантирует отличные характеристики в небе.

Применение углеродного волокна в автомобилях

(Источник: Unsplash)

Выдающиеся свойства углеродного волокна идеально обеспечивают стратегическую поддержку хорошей производительности автомобиля. Все больше и больше детали автомобиля из углеродного волокна, такие как автомобильные кнопки, ручки и другие элементы из углеродного волокна, появляются в современных автомобилях.

Более того, внешний вид углеродного волокна - черный и серый, что очень стильно и круто. Таким образом, он также играет роль в дизайне украшения автомобиля.

Экстерьер

Если вам нравится слушать автомобильное радио, я без колебаний порекомендую антенну из углеродного волокна. Установленная на крыше автомобиля, антенна играет важную роль в приеме FM-сигнала. К сожалению, крыша автомобиля — это место, которое всегда подвергается воздействию дождя и солнца, в то время как компоненты внутри антенны очень уязвимы для воды и тепла. И углеродное волокно может решить эту проблему до мелочей. Благодаря своей коррозионной стойкости дождевая вода и солнечный свет не могут окислить углеродное волокно. Оно сохранит свою прочность, чтобы защитить вашу систему автомобильного радио, как ваш верный партнер.

Крышка зеркала заднего вида из углеродного волокна также является полезной частью, которая может удовлетворить не только начинающих водителей, но и опытных водителей. Для новичков неожиданные царапины на зеркале заднего вида случаются часто. Прекрасная буферная способность и абразивная стойкость углеродного волокна принесут вам стабильный опыт. Для опытных водителей наличие крышки зеркала с отличной тепло- и водонепроницаемостью является хорошей идеей, чтобы сэкономить деньги, потраченные на замену крышек зеркал.

Углеродное волокно также применяется для покрытия топливного бака. Покрытие топливного бака должно быть достаточно прочным, чтобы выдерживать непреднамеренное грубое обращение занятых клерков на заправочных станциях. С точки зрения безопасности оно должно иметь высокую температуру воспламенения, чтобы можно было эффективно предотвращать несчастные случаи, связанные с возгоранием бензина. Всем этим требованиям соответствуют свойства углеродного волокна.

Поэтому, обладая экстерьер автомобиля из углеродного волокна является выгодным вариантом для многих автозаводов и пользователей.

Интерьер

(Источник: Unsplash)

Внутри автомобиля мы предлагаем дизайн кнопок из углеродного волокна. К кнопкам всегда прикасаются ногтями, поэтому я не думаю, что будет нормально использовать некачественные материалы. Абразивная стойкость является необходимым фактором. Все больше и больше, если есть буферная способность, как у углеродного волокна, ощущение прикосновения к вашему пальцу будет очень мягким. Даже после длительного использования не будет никаких изменений в форме кнопки из-за ее высокого модуля упругости.

Если вы предпочитаете общее украшение и дизайн в автомобиле, вы можете выбрать ручку переключения передач и отделку из углеродного волокна. Так же, как и кнопка, ручка переключения передач из углеродного волокна может оптимизировать ваши тактильные ощущения и даже ощущение вождения. Размещение некоторых отделок на уязвимых углах может способствовать долговечности и визуальной эстетике автомобиля. И последнее, но не менее важное, салон автомобиля из углеродного волокна можно протирать влажной тканью, не беспокоясь о ее окислении.

Рулевое колесо может быть изготовлено из углеродного волокна. По сравнению с обычным рулевым колесом, оно подарит вам легкие ощущения и украсит ваш автомобиль симпатичным узором в черно-серых тонах.

Другие шестерни

Кроме того, волокно углеродного волокна может быть использовано в автомобильных дисках. Во-первых, автомобильный диск из волокнистого углеродного волокна способен амортизировать салон автомобиля, обеспечивая комфортные ощущения от вождения. Во-вторых, благодаря своей высокой прочности, теплостойкости, коррозионной стойкости срок службы автомобильного диска значительно дольше, чем у традиционного металлического диска, особенно в серьезных полевых условиях. Кроме того, его низкая плотность снижает вес всего автомобиля, что приводит к низким выбросам углерода. Этот зеленый дизайн становится все более популярным в новых экологически чистых автомобилях, отвечая мировому тренду на защиту окружающей среды.

Аккумуляторы являются источником энергии для электромобилей. Большинство автомобильных аккумуляторов, как правило, литиевые и обычно располагаются в нижней части автомобиля. Таким образом, он требует полной защиты. Кроме того, аккумулятор следует заменять через регулярные промежутки времени. Поэтому аккумуляторный ящик должен быть удобным. Именно, аккумуляторный ящик из углеродного волокна должным образом отвечает этим требованиям. Исключительная водостойкость, коррозионная стойкость и устойчивость к старению способствуют его хорошей работе при большой разнице температур и влажной рабочей среде. Таким образом, аккумуляторный ящик из углеродного волокна обеспечивает эффективную защиту для комплектов аккумуляторов.

Встраивание композитных материалов из углеродного волокна в каркас автокресла может хорошо соответствовать двойной цели легкости и безопасности. Амортизирующая способность обеспечит комфортные ощущения от сидения и защиту от случайных столкновений.

Когда речь идет о защите от столкновений, мы должны упомянуть бампер и кронштейн из углеродного волокна. Они оба способны поглощать энергию. При столкновении на высокой скорости кронштейн поглощает большую часть кинетической энергии, в то время как бампер поглощает остальную часть. Конечно, мы рекомендуем использовать их вместе, чтобы обеспечить безопасное и приятное вождение. 

Заключение

С одной стороны, углеродное волокно — это материал шесть в одном, сочетающий в себе буфер, прочность, термостойкость, водонепроницаемость, абразивную стойкость и малый вес. С другой стороны, его модный внешний вид настолько выдающийся. Именно эти свойства адаптируют углеродное волокно к автомобильной промышленности и закладывают прочную основу для лучшего дизайна автомобилей в будущем.