Зашто је композитни материјал од угљеничних влакана постао лидер међу новим материјалима?
Материјали су лествица за напредак људске материјалне цивилизације, а развој нових материјала је постао трансформативно проширење технологије. Комбиновање материјала је такође постало важан тренд у развоју. Међу њима, композитни материјали од угљеничних влакана су се појавили као кључни композитни материјали, континуирано побољшавајући њихове перформансе. Овај чланак говори о томе зашто су композитни материјали од угљеничних влакана постали лидери међу новим материјалима.
Композитни материјали од карбонских влакана су нова врста композитног материјала са карбонским влакнима као ојачањем и смолом као матрицом. Цео сноп карбонских влакана садржи влакна са садржајем угљеника преко 90%. У поређењу са стакленим влакнима у композитним материјалима, угљенична влакна имају значајне предности. У поређењу са перформансама, густина стаклених влакана је за око једну трећину већа од густине угљеничних влакана, али је њихова затезна чврстоћа мања од две трећине густине угљеничних влакана. За поређење, угљенична влакна имају одличну примену на ширем тржишту.
Специфична чврстоћа и модул карбонских влакана су много већи од оних код челика високе чврстоће и легура алуминијума високе чврстоће. Ово резултира веома високим границама специфичне чврстоће и модула. Изрази "специфична чврстоћа" и "специфични модул" односе се на материјале који имају малу густину, али поседују јаку чврстоћу и модул, што указује на високу специфичну чврстоћу и висок специфични модул. Као резултат тога, материјали од угљеничних влакана налазе широку примену у различитим областима.
Један важан разлог за популарност композитних материјала од угљеничних влакана је значајно повезан са њиховим перформансама.
Одличне механичке перформансе
За врхунске индустрије, лагана и висока чврстоћа су критични стандарди. Композитни материјали од угљеничних влакана несумњиво показују ова јединствена својства. Специфична чврстоћа композита од угљеничних влакана може да достигне 14 пута већу од челика и преко 10 пута од алуминијума, док је њихова густина такође далеко мања од осталих материјала. Ово доводи до ефективног смањења тежине у производима где је уштеда тежине неопходна.
На пример, у индустрији дронова применом композита од угљеничних влакана у великој мери се смањује тежина тела дрона, што значајно побољшава његову укупну издржљивост и време лета. Са високом чврстоћом, унутрашњи чипови дрона могу бити боље заштићени. Ова предност је на сличан начин очигледна у апликацијама у сектору железничког транспорта.
Анизотропија и могућност пројектовања перформанси
Композитни материјали од карбонских влакана могу се слојевити помоћу једносмерних препрег трака, што резултира неуједначеним и анизотропним својствима у свим својим димензијама. То значи да ће се перформансе једносмерних трака разликовати у вертикалном и хоризонталном правцу. Слојевити дизајни могу оптимизовати перформансе; на пример, областима које захтевају главне носивости може бити потребан повећан садржај влакана да би се постигли супериорни ефекти носивости.
Због одличне флексибилности и могућности дизајна влакана, компоненте различитих облика могу се ефикасно производити без потребе за секундарним заваривањем, што значајно побољшава естетски квалитет производа.
Вишеструки избори за производне процесе
Када производите производе од угљеничних влакана од композитних материјала од угљеничних влакана, на располагању су многе опције производног процеса. Процеси формирања производа од угљеничних влакана укључују обликовање, намотавање, аутоклавирање, пултрузију, преношење смоле, вакуумску инфузију, ручно полагање и још много тога. Избор процеса формирања често зависи од фактора као што су производња производа од угљеничних влакана, перформансе материјала и разматрања трошкова.
На пример, округле цеви од угљеничних влакана могу користити процесе намотавања и обликовања ваљака, док квадратне цеви од угљеничних влакана често користе технике обликовања ваљака.
Добра отпорност на замор
Након формирања кроз процесе ламинације, производи од угљеничних влакана показују јаку отпорност на замор. Када се појаве пукотине, оне се шире од површине према унутра, показујући одличну отпорност на замор у поређењу са отпорношћу на замор челика и алуминијума.
Одлична отпорност на корозију
Присуство епоксидне смоле на површини композита од угљеничних влакана обезбеђује им одличну отпорност на киселину и хемијску корозију, нудећи значајне предности у различитим изазовним окружењима.
Поред тога, многи други аспекти перформанси долазе у игру. На пример, плоче од угљеничних влакана које се користе у медицинским уређајима поседују јаку рендгенску транспарентност, омогућавајући јасније слике уз смањење изложености зрачењу. Управо ове предности високих перформанси омогућавају композитним материјалима од угљеничних влакана да се истичу као лидери међу композитним материјалима високих перформанси.
