Per què el material compost de fibra de carboni s'ha convertit en un líder entre els nous materials?
Els materials són l'escala per a l'avenç de la civilització material humana, i el desenvolupament de nous materials s'ha convertit en una extensió transformadora de la tecnologia. La combinació de materials també s'ha convertit en una tendència important en el desenvolupament. Entre aquests, els materials compostos de fibra de carboni han sorgit com a materials compostos clau, millorant contínuament el seu rendiment. Aquest article analitza per què els materials compostos de fibra de carboni s'han convertit en líders entre els nous materials.
Els materials compostos de fibra de carboni són un nou tipus de material compost amb fibres de carboni com a reforç i resina com a matriu. Tot el paquet de fibra de carboni conté fibres amb un contingut de carboni superior al 90%. En comparació amb les fibres de vidre en materials compostos, les fibres de carboni tenen avantatges importants. En comparacions de rendiment, la densitat de les fibres de vidre és aproximadament un terç superior a la de les fibres de carboni, però la seva resistència a la tracció és inferior als dos terços de la de les fibres de carboni. En comparació, les fibres de carboni tenen aplicacions excel·lents en un mercat més ampli.
La força i el mòdul específics de les fibres de carboni són molt més alts que els de l'acer d'alta resistència i els aliatges d'alumini d'alta resistència. Això es tradueix en límits de força i mòduls específics molt elevats. Els termes "resistència específica" i "mòdul específic" es refereixen a materials que tenen una densitat petita però posseeixen una força i un mòdul forts, la qual cosa indica una alta resistència específica i un alt mòdul específic. Com a resultat, els materials de fibra de carboni troben aplicacions àmplies en diversos camps.
Una raó important de la popularitat dels materials compostos de fibra de carboni està relacionada significativament amb el seu rendiment.
Excel·lent rendiment mecànic
Per a les indústries de gamma alta, el pes lleuger i l'alta resistència són estàndards crítics. Els materials compostos de fibra de carboni mostren sens dubte aquestes propietats úniques. La força específica dels compostos de fibra de carboni pot arribar a 14 vegades la de l'acer i més de 10 vegades la de l'alumini, mentre que la seva densitat també és molt inferior a la d'altres materials. Això condueix a una reducció de pes efectiva en productes on l'estalvi de pes és essencial.
Per exemple, a la indústria dels drons, l'aplicació de compostos de fibra de carboni redueix molt el pes del cos del dron, la qual cosa millora significativament la seva resistència global i el temps de vol. Amb una gran resistència, els xips interns del drone es poden protegir millor. Aquest avantatge és igualment evident en aplicacions dins del sector del transport ferroviari.
Anisotropia i dissenyabilitat de rendiment
Els materials compostos de fibra de carboni es poden posar en capes mitjançant cintes preimpregnades unidireccionals, donant lloc a propietats no uniformes i anisòtropes en totes les seves dimensions. Això significa que el rendiment de les cintes unidireccionals diferirà en direccions vertical i horitzontal. Els dissenys de capes poden optimitzar el rendiment; per exemple, les àrees que requereixen capacitats de suport de càrrega principals poden necessitar un contingut de fibra més gran per aconseguir efectes de càrrega superiors.
A causa de l'excel·lent flexibilitat i capacitat de disseny de les fibres, es poden produir components de forma variada de manera eficaç sense requerir soldadura secundària, millorant considerablement la qualitat estètica dels productes.
Múltiples opcions per als processos de fabricació
Quan es produeixen productes de fibra de carboni a partir de materials compostos de fibra de carboni, hi ha moltes opcions de procés de fabricació disponibles. Els processos de conformació dels productes de fibra de carboni inclouen l'emmotllament, el bobinat, l'autoclau, la pultrusió, el modelat per transferència de resina, la infusió al buit, la disposició manual i molt més. L'elecció del procés de conformació sovint depèn de factors com la producció de productes de fibra de carboni, el rendiment del material i les consideracions de costos.
Per exemple, els tubs rodons de fibra de carboni poden utilitzar processos d'enrotllament i enrotllament, mentre que els tubs quadrats de fibra de carboni sovint adopten tècniques de conformació de rodets.
Bona resistència a la fatiga
Després de formar-se mitjançant processos laminats, els productes de fibra de carboni presenten una forta resistència a la fatiga. Quan es produeixen esquerdes, s'expandeixen des de la superfície cap a dins, demostrant una excel·lent resistència a la fatiga en comparació amb la resistència a la fatiga de l'acer i l'alumini.
Excel·lent resistència a la corrosió
La presència de resina epoxi a la superfície dels compostos de fibra de carboni els proporciona una excel·lent resistència a la corrosió química i àcida, oferint avantatges significatius en diversos entorns difícils.
A més, entren en joc molts altres aspectes de rendiment. Per exemple, les plaques de fibra de carboni que s'utilitzen en dispositius mèdics tenen una gran transparència de raigs X, que permeten imatges més clares alhora que redueixen l'exposició a la radiació. Són aquests avantatges d'alt rendiment els que permeten que els materials compostos de fibra de carboni destaquin com a líders entre els materials compostos d'alt rendiment.
