Il-ħafna użi eċċitanti u applikazzjonijiet tal-komposti tal-fibra tal-karbonju

 

X'inhuma l-Kompożiti tal-Fibra tal-Karbonju?

Materjali komposti jikkonsistu f'fibra ta 'rinfurzar inkapsulata f'reżina tal-polimer. Hemm għadd ta' formulazzjonijiet ta' reżina u tipi ta' fibri użati f'kompożiti, iżda l-fibra tal-karbonju tispikka bħala komponent li jinsab f'ħafna prodotti ta'-prestazzjoni għolja. F'applikazzjonijiet fejn it-tnaqqis tal-piż waqt il-ħolqien ta 'saħħa għolja jieħu preċedenza, il-fibra tal-karbonju hija l-għażla ta' rinfurzar f'ħafna strutturi komposti avvanzati.

 

Il-fibra tal-karbonju tinsab fl-istrutturi komposti kull fejn is-saħħa u l-piż ħafif huma ta 'vantaġġ; jista' jinstab f'karozzi sportivi ta'-livell għoli, karozzi tat-tlielaq, dgħajjes ta'-prestazzjoni għolja, ajruplani u vetturi aerospazjali, tagħmir mediku u tagħmir ta' oġġetti sportivi inklużi, skis, snowboards, rackets tat-tennis, klabbs tal-golf u mijiet ta' prodotti oħra.

 

L-applikazzjonijiet għall-komposti tal-fibra tal-karbonju qed jikbru b'pass aktar mgħaġġel mill-ekonomija ġenerali hekk kif tiżdied il-ħtieġa għal strutturi komposti avvanzati ħfief. L-ekonomisti jbassru żieda sinifikanti fl-opportunitajiet tal-industrija hekk kif it-teknoloġija tavvanza u l-applikazzjonijiet jikbru. Interessat f'kif il-komposti tal-fibra tal-karbonju joħolqu prodotti ta'-prestazzjoni għolja jew ir-rwol tiegħu fl-iffrankar tal-enerġija permezz tat-tnaqqis tal--piż? Tgħallem aktar dwar l-użi tal-fibra tal-karbonju, u kif tinvolvi ruħek fil-futur tat-teknoloġija komposta.

 

X'inhu Carbon Fiber?

Il-fibra tal-karbonju, magħrufa wkoll bħala fibra tal-grafita, hija materjal b'saħħtu u ħafif magħmul minn mijiet ta 'filamenti tal-karbonju individwali li huma tmien darbiet irqaq minn xagħar uman. Il-filamenti huma komposti minn atomi tal-karbonju magħqudin flimkien fi ktajjen twal. Skont il-piż, kompost tal-fibra tal-karbonju huwa ħames darbiet aktar b'saħħtu mill-azzar u darbtejn aktar iebes li jirriżulta mis-saħħa tat-tensjoni għolja tiegħu.

Kif issir il-fibra tal-karbonju?

Il-filamenti tal-karbonju jibdew bi plastik ibbażat fuq -akriliku magħruf bħala polyacrylonitrile (PAN). Proċess b'ħafna-passi jibda billi jsaħħan u ddawwar il-fibri tal-polyacrylonitrile (PAN) f'filamenti. Dawn il-filamenti mbagħad jissaħħnu għal temperaturi saħansitra ogħla ta' madwar 3,000 F, li jgħaddu minn ossidazzjoni u karbonizzazzjoni li tneħħi elementi mhux-karbonju u tallinja l-atomi tal-karbonju fi kristalli-ippakkjati sewwa. Il-fibri tal-karbonju li jirriżultaw imbagħad jirċievu trattament tal-wiċċ, huma mmuntati f'qatet u mgeżwra f'irkiekel. Dawn il-fibri mbagħad jew miġbura f'qatet akbar magħrufa bħala "stow" tal-karbonju jew minsuġa fi drappijiet.

 

Kif tintuża l-Fibra tal-Karbonju?

Il-fergħat ta 'stoppa tal-fibra tal-karbonju jew drappijiet minsuġa huma saturati b'reżina tal-polimeru, bħall-epossi, u ffurmati f'moffa. Ir-reżina vulkanizzata tinkapsula l-filamenti tal-karbonju u toħloq matriċi riġida fil-forma mixtieqa tal-prodott. Il-kombinazzjoni tal-matriċi tar-reżina (epoxy) u l-fibra ta 'rinfurzar (karbonju) toħloq materjal kompost. Il-karatteristiċi tal-komposti rinfurzati bil-fibra tal-karbonju huma piż ħafif, riġidità u saħħa tat-tensjoni għolja.

 

Il-bidu tal-fibra tal-karbonju

L-istorja tal-fibra tal-karbonju tmur għall-aħħar tas-seklu 19 meta Thomas Edison uża fibri tal-karbonju bħala filamenti għal esperimenti bikrija tal-bozoz tad-dawl. Madankollu, kien biss fis-snin 50 li l-fibri tal-karbonju ġew prodotti bħala materjal ta'-qawwa għolja.

L-użu tal-fibra tal-karbonju bħala komponent komposti beda fl-1958. Dr Roger Bacon, Union Carbide, ħoloq fibri tal-karbonju li jistgħu jinħadmu billi ssaħħan linji ta 'rejon għal madwar 3,000 grad F sakemm karbonizzaw. Dan il-proċess kien il-prekursur għall-metodu modern tal-produzzjoni tal-fibra tal-karbonju. Is-snin sittin raw l-ewwel produzzjoni kummerċjali ta’ fibri tal-karbonju bl-użu tal-proċess żviluppat minn Union Carbide. Il-potenzjal tal-fibri tal-karbonju bħala rinfurzar kompost ġie rikonoxxut u Rolls Royce bdiet tinkorporahom fil-komponenti tal-magni tal-ġett.

Fis-snin sebgħin, l-industrija tal-ajruspazju saq avvanzi fit-teknoloġija tal-komposti u l-applikazzjonijiet tal-fibra tal-karbonju saru dokumentati u raffinati aħjar. It-tellieqa kienet biex tapplika din it-teknoloġija għal strutturi fejn it-tnaqqis tal-piż u ż-żieda fis-saħħa kienu importanti. Minħabba li l-fibra tal-karbonju mhux maħdum tiswa aktar minn rinforzi oħra tal-fibra saret adattata għal applikazzjonijiet kritiċi fejn l-ispiża kienet sekondarja għall-prestazzjoni.

Fis-snin 80, seħħet spinta sinifikanti lill-komposti tal-fibra tal-karbonju hekk kif dawn il-materjali bdew jidħlu fl-industrija tal-oġġetti sportivi. Skis, snowboards, rackets tat-tennis, klabbs tal-golf, arbli tas-sajd u frejms tar-roti bdew ikollhom komponenti tal-fibra tal-karbonju għall-karatteristiċi ħfief u ta'-saħħa tagħhom. Fis-settur kummerċjali, l-industriji tal-karozzi, tat-tlielaq tal-muturi u tal-baħar bdew jesperimentaw bil-fibra tal-karbonju biex inaqqsu l-piż tal-vettura u jtejbu l-prestazzjoni. Fl-istess ħin, l-applikazzjonijiet tal-ajruspazju u tad-difiża kienu qed imexxu 'l quddiem l-għarfien tal-inġinerija-għall-applikazzjoni ta' komposti tal-fibra tal-karbonju fl-applikazzjonijiet tal-ogħla prestazzjoni.

Sas-snin 90 l-użu ta 'komposti tal-fibra tal-karbonju kiber hekk kif il-manifatturi sabu modi biex inaqqsu l-ispejjeż u jtejbu l-kwalità tal-fibri tal-karbonju. Dan wassal għal applikazzjonijiet usa', inkluż fis-setturi tal-kostruzzjoni u tal-enerġija mir-riħ.

Fibra tal-karbonju, bħala staple komposti, saret mainstream mill-2000's. Dan il-materjal ma kienx għadu limitat għal-applikazzjonijiet ta' livell għoli iżda kien qed jintuża f'firxa wiesgħa ta' industriji, mill-elettronika għall-konsumatur sa infrastruttura. Matul l-għoxrin sena li ġejjin, komposti avvanzati ntużaw f'applikazzjonijiet ta' profil dejjem aktar għoli-bħall-Boeing 787 u l-ajruplani Airbus A350. L-industrija tal-karozzi adottat it-teknoloġija tal-komposti ispirata tat-tlielaq tal-muturi-u dgħajjes high-ta' kull tip jużaw komposti tal-karbonju bħala strutturi primarji. Il-miġja ta' għodod ta' inġinerija bħall-analiżi ta' elementi finiti u d-dinamika tal-fluwidu komputazzjonali qed imexxi dejjem-prestazzjoni u applikazzjonijiet għal dawn il-materjali komposti.

 

Xi Applikazzjonijiet Verament Kessaħ tal-Fibra tal-Karbonju

Illum, applikazzjonijiet għal komposti tal-fibra tal-karbonju jidhru fuq bażi regolari. Filwaqt li fil-passat, il-fibra tal-karbonju kienet eżotika u għalja, issa tista 'ssib fibra tal-karbonju f'firxa kbira ta' industriji u prodotti bħal:

 

Baħar

Il-kompożiti tal-fibra tal-karbonju kienu l-pedament tal-inġenji tat-tlielaq ta'-prestazzjoni għolja għal bosta deċennji. Id-dgħajjes tat-Tazza tal-Amerika huma eżempji ta 'teħid tat-teknoloġija sal-limitu, bi strutturi tal-fibra tal-karbonju li rivali mal-kostruzzjoni aerospazjali. Id-dgħajjes tal-produzzjoni qed jintegraw dejjem aktar il-fibra tal-karbonju fl-ipproċessar tal-infużjoni bil-vakwu bl-għan li jipproduċu inġenju eħfef u aktar mgħaġġel.

 

Automotive

Il-fibra tal-karbonju ġiet adottata dejjem aktar fil-manifattura tal-karozzi. Dawn il-materjali l-ewwel sabu użu fil-karozzi tal-Formula 1 u Indy, li kienu adottaw kmieni tat-teknoloġija aerospazjali. Imbagħad niżlet għal karozzi sportivi eżotiċi high-u bħalissa qed tidħol f'karozzi ta' produzzjoni. "Lightweighting" huwa għan ewlieni tad-disinn tal-karozzi biex itejjeb il-prestazzjoni u jitnaqqas l-impatt ambjentali. NASCAR reċentement transizzjoni għal korpi komposti għall-karozzi Cup Series. Dawn il-korpi ġodda wrew li huma tant iebsa li biddel l-istil tat-tlielaq minħabba li l-karozzi jistgħu jittolleraw abbuż akbar.

 

Trasport

L-industrija tat-trakkijiet użat komponenti komposti għal għexieren ta 'snin biex ittejjeb l-aerodinamika u l-ekonomija tal-fjuwil. Hemm rivoluzzjoni pendenti fid-disinn tat-trakkijiet tqal li se tinkorpora aerodinamika mtejba ħafna u piż imnaqqas. Dawn l-innovazzjonijiet huma bbażati fuq komponenti komposti u disinn biex inaqqsu t-tkaxkir aerodinamiku. Huwa stmat li disinji ġodda magħmula b'komponenti komposti ħfief sleek jistgħu jirriżultaw f'iffrankar tal-fjuwil 'il fuq minn $50 biljun fis-sena.

 

Ajruplani, Aerospazjali u Difiża

Meta wieħed iħares lejn l-ispettru minn inġenji tal-ajru kummerċjali, ajruplani militari, vetturi tal-varar u vetturi spazjali orbitali, il-komposti tal-fibra tal-karbonju għandhom rwol dejjem aktar importanti biex jintlaħqu l-objettivi tal-prestazzjoni. L-inġinerija tal-komposti ġiet żviluppata sew f'dawn l-areni u l-innovazzjonijiet li għaddejjin jitħabbru b'mod regolari. Ġew allokati kwantitajiet kbar ta 'fibra tal-karbonju għal proġetti klassifikati ta' teknoloġija avvanzata militari u tad-difiża. Fl-arena kummerċjali, għexieren ta' inġenji tal-ajru elettriċi tat-tluq vertikali (VTOL) għadhom qed jiġu ċċertifikati jew qegħdin jiżviluppaw. Dawn l-ajruplani ġodda kollha jużaw komposti tal-karbonju bħala materjal strutturali primarju.

 

Oġġetti sportivi

Il-komposti tal-fibra tal-karbonju jinsabu madwar id-dinja tal-oġġetti sportivi minħabba s-saħħa u l-piż ħafif tiegħu. Dan jinkludi: stikek tal-hockey, rakketti tat-tennis, pruwi tal-archery, klabbs tal-golf u arbli tas-sajd, skis, snowboards, wakeboards, kiteboards u foil boards. Kollha jużaw fibra tal-karbonju flimkien ma 'qxur tal-qdif u roti.

 

Mediċina

Il-qasam mediku huwa industrija oħra fejn il-fibra tal-karbonju għamlet impatt sinifikanti f'dawn l-aħħar snin. Il-fibra tal-karbonju hija trasparenti fl-immaġini tar-raġġi X-, li wassal għall-użu tagħha f'firxa wiesgħa ta' tagħmir tar-raġġi X u tal-immaġini. Il-fibra tal-karbonju tintuża wkoll fir-riġlejn prostetiċi, li huma b'saħħithom, ħfief u komdi biex jintlibsu u jintużaw.