Источник: пиксели
В нашей повседневной жизни, Мы часто слышали об углеродном волокне., что одновременно знакомо и незнакомо. Это своего рода высокоэффективный материал, который нашел широкое применение в различных областях военной и гражданской промышленности. Он считается типичным представителем новых промышленных материалов в области высоких технологий., и его называют королем материалов.
Тогда эта статья популяризирует среди читателей характеристики и широкое применение углеродного волокна..
Что такое углеродное волокно?
Источник: Байду
Углеродное волокно представляет собой разновидность микрокристаллического графитового материала., изготовленный из органического волокна путем карбонизации и графитизации.. Микроструктура углеродного волокна аналогична микроструктуре искусственного графита., который представляет собой случайно-слоистую графитовую структуру. Углеродное волокно относится к неорганическим полимерным волокнам с содержанием углерода выше, чем 90%. Он имеет характеристики легкого веса, высокая прочность, устойчивость к высоким температурам, сопротивление усталости, коррозионная стойкость, теплопроводность, и проводимость, и представляет собой новый материал с превосходными механическими свойствами..
Свойства углеродного волокна
Источник: Майкрософт Бинг
Использование материалов из углеродного волокна, необходимо сначала узнать характеристики углеволокна, чтобы лучше применить этот новый материал в производственной практике. Основные характеристики углеродного волокна следующие::
Чрезмерная сила
Предел прочности углеродного волокна может достигать 3000–4000 МПа., что больше, чем 4 раз больше, чем сталь и 6 или 7 раз выше, чем у алюминия.
Высокий модуль упругости
Его модуль упругости превышает 230 ГПа..
Легкий, но сильный
Низкая плотность и высокая удельная прочность. Масса углеродного волокна составляет 1/4 из стали и 1/2 из алюминиевого сплава; Удельная сила – это 16 раз больше, чем у стали и 12 раз выше, чем у алюминиевого сплава.
Отличная устойчивость к жаре/холоду
Он может выдерживать сверхвысокие температуры. Углеродное волокно можно использовать при температуре 2000 ℃., и не плавится и не размягчается при высокой температуре 3000 ℃..
Хорошая устойчивость к низким температурам. При -180℃, сталь станет более хрупкой, чем стекло, хотя углеродное волокно все еще очень мягкое.
Химическая стойкость
Хорошая устойчивость к кислоте, маслостойкость, и коррозионная стойкость. Он может противостоять воздействию концентрированной соляной кислоты., фосфорная кислота, серная кислота, бензол, ацетон, и другие СМИ. Если углеродное волокно помещено в 50% соляная кислота и ее модуль упругости, сила, и диаметр в основном остаются неизменными.
Источник: Байду
Благодаря очевидным преимуществам данных, видно что карбон лучше титана, сталь, алюминий и другие металлические материалы. Поэтому, всего за несколько лет, углеродное волокно считается экзотическим и дорогим материалом для изготовления изделий. Его многочисленные удивительные характеристики делают его идеальным выбором для различных применений.. Сейчас, его можно найти во многих аспектах нашей повседневной жизни. Некоторые из его многочисленных применений будут обсуждаться ниже..
Общие приложения
Автомобили
Источник: Пиксабей
В настоящий момент, Материалы, используемые в автомобильных аксессуарах, в основном представляют собой высокопрочную сталь., алюминиевый сплав, магниевый сплав, титановый сплав, композит из стекловолокна, композит из углеродного волокна, и т. д.. Детали из углеродного волокна имеют большие преимущества в легком весе, безопасность, комфорт, надежность, и повышение уровня развития автомобиля.
- После салон автомобиля из углеродного волокна применяется к автомобилям, Наиболее очевидным преимуществом автомобилестроения является легкий вес автомобилей., и наиболее прямым результатом является улучшение энергосбережения, ускорение, и эффективность торможения. Другими словами, автомобили становятся легче, Быстрее, и более экономичный.
- The экстерьер автомобиля из углеродного волокна имеет отличную скорость поглощения энергии. Способность поглощать энергию столкновения в шесть-семь раз выше, чем у стали, и в три-четыре раза выше, чем у алюминия., что дополнительно обеспечивает безопасность автомобиля.
- Аксессуары из углеродного волокна имеют более высокую усталостную прочность.. Усталостная прочность стали и алюминия 30% к 50% прочности на растяжение, в то время как аксессуары из углеродного волокна могут достигать 70% к 80%. Поэтому, применение композитов из углеродного волокна в автомобилях значительно улучшило усталостную надежность материалов..
В настоящий момент, автомобили являются наиболее широко используемыми частями аксессуаров из углеродного волокна в автомобилях., такие как капюшоны, рамки, каркас крыши и ребра жесткости, столбы, двери, спойлеры, и другие компоненты.
Спортивное оборудование
Источник: Пиксабей
В некотором смысле, современные соревновательные виды спорта – это спорт, который бросает вызов пределам физических возможностей человека.. Чем выше удельная прочность аксессуаров из углеродного волокна, чем меньше собственный вес компонентов. Поэтому, полное использование характеристик аксессуаров из углеродного волокна может улучшить характеристики многих видов спортивного оборудования..
1. Прыжок с шестом.
В настоящий момент, новейший шест из углеродного волокна может гарантировать, что шест будет гибким и прочным, не ломаясь и не перекручиваясь.. Он может преобразовывать кинетическую энергию быстрого подхода спортсмена с шестом в энергию упругой деформации шеста.. Когда шест согнут до максимальной дуги, эта энергия упругой деформации снова высвободится и преобразуется в потенциальную энергию спортсмена., помогая спортсмену подпрыгнуть в воздух и перелететь через шест.
2. Гольф.
Клюшка для гольфа состоит из рукоятки, тело клуба и глава клуба. Вес клюшки для гольфа, изготовленной из композитных материалов из углеродного волокна, можно уменьшить примерно на 10–40 %.. Когда общий вес клюшки для гольфа фиксирован, легкий вес головки удобен для улучшения скорости поворота, и мяч может получить большую начальную скорость. Кроме того, Композиты из углеродного волокна обладают высокими демпфирующими характеристиками., что может продлить время удара и заставить мяч попасть дальше.
Источник: пиксели
3. Теннисные ракетки
Тенденция развития теннисных ракеток - крупногабаритная и легкая.. В настоящий момент, Большинство ракеток для высокого и среднего тенниса в мире изготовлены из композитов из углеродного волокна.. Большая теннисная ракетка должна быть изготовлена из композитных материалов из углеродного волокна и иметь легкий вес., высокая удельная прочность, и большой удельный модуль. Он может выдерживать более сильное натяжение проволоки, чем деревянная рама ракетки, и не деформируется при ударе..
В дополнение к вышеперечисленному несколько спортивных снарядов, существует множество других видов спортивного оборудования, в качестве производственного компонента которых используется углеродное волокно.. Одним словом, угольная пайка будет использоваться все шире и шире в спортивной индустрии..
Военная техника
Еще в середине 1960-х гг., в палубном помещении патрульной канонерской лодки стали использовать фурнитуру из углеродного волокна. В начале 1970-х годов, в надстройке минно-охотничьего катера также стали использовать углеволоконные композиты. В настоящий момент, Военное применение углеродного волокна заключается в следующем：
Источник: Байду
Военный самолет
Развитие космической отрасли требует гроша. Например, если массу твердотопливного двигателя уменьшить на 1 кг, дальность может быть увеличена на 16км. Поэтому, Композиты из углеродного волокна широко используются в корпусах двигателей самолетов.. В будущем, Углеродное волокно – важная основа для разработки перспективных стратегических вооружений и техники с миниатюризацией, высокая мобильность, высокая точность, и высокая проникающая способность.
Военная Коробка
Военный ящик из углеродного волокна подходит для хранения тренировочного оборудования., инструменты, и оборудование, небольшое оборудование, предметы первой необходимости, операции на открытом воздухе, и т. д.. Его поверхность использует плиту из углеродного волокна в качестве кожи., который имеет стабильную и прочную структуру и может гарантировать хорошую герметизацию коробки., высокая прочность, высокая устойчивость, и способность противостоять деформации сжатия. Подходит для различных суровых условий, например, пустыня, навигация, и авиация, плато, и т. д..
Считается, что с развитием и прогрессом науки и техники, Композиты из углеродного волокна будут более широко использоваться в военной сфере..
3D Печать
Источник: Байду
Новейшие разработки в области технологий 3D-печати позволяют компаниям использовать углеродное волокно для печати, хотя используемый клейкий материал отличается от стандартного процесса изготовления углеродного волокна.. в настоящее время есть два метода печати из углеродного волокна:
- Рубленые углеродные волокна по сути являются усилением стандартных термопластов.. Это позволяет компаниям печатать обычно более слабые материалы с более высокой прочностью.. Рубленые волокна повышают прочность и жесткость модели., и улучшить стабильность размеров, обработка поверхности, и точность. Однако, некоторые рубленые армированные волокном нити подчеркивают прочность за счет регулирования перенасыщения материала волокнами. Это отрицательно скажется на общем качестве заготовки., тем самым снижая качество поверхности и точность детали., так что это родит другую технологию печати.
- Непрерывное углеродное волокно это экономичное и эффективное решение, который может заменить традиционные металлические детали композитными деталями, напечатанными на 3D-принтере, поскольку он может достичь аналогичной прочности при лишь небольшой части веса. Это не только увеличивает прочность, но и обеспечивает пользователям выборочное усиление в областях, требующих более высокой прочности..
Масло & Газовая промышленность
Источник: Вир
Нефть и газ называют «кровь промышленности», из которого мы можем видеть важность нефти и газа для промышленности, что также определяет высокую стоимость нефти и газа. Объекты по добыче нефти и газа с использованием стали в качестве основного материала., но условия эксплуатации морских нефтяных месторождений сильно отличаются от условий на суше. Передовые композитные материалы, в основном композиты из углеродного волокна, может хорошо адаптироваться к суровой морской среде.
- Труба добывающей скважины представляет собой компонент, простирающийся от морского дна до палубы буровой платформы., и большая часть труб 10.5 в диаметре. Когда восходящая труба изготовлена из гибридных композитных материалов из углеродного волокна и стекловолокна., по сравнению с трубой из нержавеющей стали, эффективный вес на метр на 45 кг легче, а вес 1200м можно уменьшить на 54т, значительно снижая стоимость тела плавучести.
- Стоимость стального каната стала очень большой, и его нужно заменить на компетеры, веревка из композитного углеродного волокна. В то же время, Комптетеры мягкие и могут быть намотаны на вал диаметром 4,4 м.. Очень удобно хранить, транспортировка и использование, что может снизить стоимость проекта.
- Углеродное волокно может быть использовано для изготовления модулей плавучести для армирования полых сфер малого диаметра.. Для добычи нефти и нефтяного газа на глубине 5000~10000 футов, спрос на такие компоненты плавучести и корпуса растет, и требуется большое количество углеродного волокна.
Подводить итоги, Композиты из углеродного волокна использовались в бурильных трубах., веревки, и компоненты плавучести. С переводом и открытием морских нефтяных месторождений на глубоководные месторождения нефти., потребление растет с каждым днем. Очевидно, разработка глубоководных нефтяных месторождений станет одним из крупнейших потенциальных рынков для применения углеродного волокна..
Ключевой вывод
Источник: Вир
К настоящему времени, вы должны иметь определенное представление о супервозможностях углеродного волокна и его применении.. Хотя он использовался десятилетиями., углеродное волокно до сих пор считается самым передовым материалом, поэтому, если вы рассматриваете углеродное волокно как один из компонентов вашего продукта, Надеюсь, эта статья вдохновит вас.
