sovelluksia CFRP: lle ovat:
Aerospace engineeringEdit
Airbus A350 XWB on rakennettu 52-prosenttisesta CFRP: stä sisältäen siipien Sparit ja rungon osat, ohittaen Boeing 787 Dreamliner-lentokoneen, jossa on CFRP: n suurin painosuhde, 50%. Tämä oli yksi ensimmäisistä liikennelentokoneista, joissa oli komposiiteista valmistetut siipisulat. Airbus A380 oli yksi ensimmäisistä kaupallisista lentokoneista, jossa oli CFRP: stä valmistettu keskisiipilaatikko; se on ensimmäinen, jossa siipien poikkileikkaus oli pehmeästi muotoiltu sen sijaan, että siivet olisi jaettu span-wise osiin. Tämä virtaava, jatkuva poikkileikkaus optimoi aerodynaamisen tehokkuuden. Lisäksi takareuna sekä takalaipio, empennage ja paineistamaton runko on valmistettu CFRP: stä. Monet viivästykset ovat kuitenkin työntäneet tilausten toimituspäiviä taaksepäin näiden osien valmistuksessa ilmenneiden ongelmien vuoksi. Monet CFRP: tä käyttävät ilma-alukset ovat kärsineet toimituspäivien viivästymisestä johtuen suhteellisen uusista prosesseista, joita käytetään CFRP: n komponenttien valmistuksessa, kun taas metallisia rakenteita on tutkittu ja käytetty airframeissa jo vuosien ajan, ja prosessit tunnetaan suhteellisen hyvin. Toistuva ongelma on rakenteellisen vanhenemisen seuranta, jota varten tutkitaan jatkuvasti uusia menetelmiä CFRP: n epätavallisen moniaineksen ja anisotrooppisen luonteen vuoksi.
vuonna 1968 Hyfil-hiilikuitupuhallinkokoonpano oli käytössä BOAC: n operoimissa Vickers VC10s: n Rolls-Royce Conways-autoissa.
erikoistuneet lentokonesuunnittelijat ja-valmistajat Scaled Composites ovat hyödyntäneet CFRP: tä laajasti koko suunnittelualueellaan, mukaan lukien ensimmäinen yksityinen miehitetty avaruusalus. CFRP: tä käytetään laajalti micro air vehicles (MAVs) – ajoneuvoissa, koska sen lujuus-painosuhde on suuri.
Automotive engineeringEdit
CFRP: tä käytetään paljon huippuluokan autokilpailuissa. Korkeat kustannukset hiilikuitu lieventää materiaalin ylivertainen lujuus-paino-suhde, ja alhainen paino on välttämätöntä korkean suorituskyvyn auto kilpa. Kilpa-autonvalmistajat ovat myös kehittäneet menetelmiä, joilla hiilikuitupalat saadaan lujiksi tiettyyn suuntaan, jolloin ne ovat vahvoja kantavaan suuntaan, mutta heikkoja suuntiin, joissa jäsenelle asetettaisiin vähän tai ei lainkaan kuormaa. Kääntäen, valmistajat kehittivät suuntaamaton hiilikuitu kutoo jotka soveltavat voimaa kaikkiin suuntiin. Tämäntyyppinen hiilikuitu kokoonpano on yleisimmin käytetty” safety cell ” monokokki Alustan kokoonpano korkean suorituskyvyn kilpa-autoja. McLaren esitteli ensimmäisen hiilikuitumonokokkisen Alustan Formula ykkösissä kaudella 1981. Sen suunnitteli John Barnard, ja sitä kopioitiin laajalti seuraavina kausina muissa F1-talleissa autojen alustaan annetun ylimääräisen jäykkyyden vuoksi.
monet superautot ovat viime vuosikymmenten aikana ottaneet CFRP: n laajasti osaksi valmistustaan ja käyttäneet sitä monokokkisissa alustoissaan sekä muissa komponenteissaan. Jo vuonna 1971 Citroën SM tarjosi valinnaisia kevyitä hiilikuituvanteita.
vähäpäästöiset valmistajat ovat omaksuneet materiaalin käytön helpommin, sillä ne ovat käyttäneet sitä pääasiassa koripaneelien luomiseen joihinkin huippuautoihinsa, koska sen lujuus on kasvanut ja paino on laskenut verrattuna lasivahvisteiseen polymeeriin, jota ne käyttivät suurimmassa osassa tuotteistaan.
Civil engineeringEdit
CFRP: stä on tullut merkittävä materiaali rakennesuunnittelun sovelluksissa. Sen mahdollisia hyötyjä rakentamisessa on tutkittu akateemisessa kontekstissa, ja se on osoittautunut kustannustehokkaaksi myös monissa kenttäsovelluksissa, joissa vahvistetaan betoni -, muuraus -, teräs -, valurauta-ja puurakenteita. Sitä voidaan käyttää teollisuudessa joko jälkiasennukseen olemassa olevan rakenteen vahvistamiseksi tai vaihtoehtoisena lujitemateriaalina (tai esijännitysmateriaalina) teräksen sijasta hankkeen alusta alkaen.
Jälkiasennuksesta on tullut yhä hallitseva materiaalin käyttö Maa-ja vesirakentamisessa, ja sovelluksia ovat esimerkiksi sellaisten vanhojen rakenteiden (kuten siltojen) kantavuuden lisääminen, jotka on suunniteltu sietämään huomattavasti nykyistä alhaisempaa käyttökuormaa, seismiset jälkiasennukset ja vaurioituneiden rakenteiden korjaaminen. Jälkiasennus on suosittu monissa tapauksissa, koska puutteellisen rakenteen korvaamisen kustannukset voivat ylittää huomattavasti CFRP: n avulla vahvistamisen kustannukset.
teräsbetonirakenteisiin flexurea varten levitettynä CFRP: llä on tyypillisesti suuri vaikutus lujuuteen (kappaleen lujuuden kaksinkertaistuminen tai suurempi kaksinkertaistuminen ei ole harvinaista), mutta vain kohtalainen jäykkyyden lisääntyminen (ehkä 10% lisäys). Tämä johtuu siitä, että tässä sovelluksessa käytetty materiaali on tyypillisesti erittäin vahvaa (esim.3000 MPa: n murtovetolujuus, yli 10 kertaa mieto teräs), mutta ei erityisen jäykkää (tyypillinen 150-250 GPa, hieman vähemmän kuin teräs). Tämän vuoksi materiaalissa käytetään vain pieniä poikkipinta-aloja. Pienet alueet, joilla on erittäin suuri lujuus, mutta kohtalainen jäykkyys materiaali lisää merkittävästi lujuutta, mutta ei jäykkyyttä.
CFRP: tä voidaan käyttää myös tehostamaan Teräsbetonin leikkauslujuutta käärimällä kankaita tai kuituja vahvistettavan osan ympärille. Osien (kuten sillan tai rakennuksen pylväiden) ympärille kietoutuminen voi myös parantaa osan sitkeyttä, mikä lisää huomattavasti romahduskestävyyttä maanjäristyksen lastauksessa. Tällainen ”seisminen jälkiasennus” on tärkein sovellus maanjäristysherkillä alueilla, koska se on paljon taloudellisempaa kuin vaihtoehtoiset menetelmät.
Jos kolonni on pyöreä (tai lähes sellainen), myös aksiaalinen kapasiteetti kasvaa käärimällä. Tässä sovelluksessa CFRP-kääreen säilytys parantaa betonin puristuslujuutta. Vaikka lopullisessa romahduskuormassa saavutetaan suuria lisäyksiä, betoni halkeaa vain hieman tehostetulla kuormituksella, mikä tarkoittaa, että tätä sovellusta käytetään vain satunnaisesti. Specialist ultra-high modulus CFRP (vetomoduuli 420 GPa tai enemmän) on yksi harvoista käytännön menetelmistä vahvistaa valurautapalkkeja. Tyypillisessä käytössä se on sidottu osan vetolaippaan, mikä sekä lisää osan jäykkyyttä että alentaa neutraalia akselia, jolloin valuraudan suurin vetojännitys vähenee huomattavasti.
Yhdysvalloissa esijännitetyt betonisylinteriputket (PCCP) muodostavat valtaosan veden siirtoverkosta. Suurten halkaisijoidensa vuoksi PCCP: n epäonnistumiset ovat yleensä katastrofaalisia ja vaikuttavat suuriin populaatioihin. PCCP: tä on asennettu noin 19 000 mailia (31 000 km) vuosina 1940-2006. Korroosiota vedyn haurastumisen muodossa on syytetty esijännitysjohtojen asteittaisesta heikkenemisestä monissa PCCP-radoissa. Viime vuosikymmenen aikana CFRP: tä on hyödynnetty PCCP: n sisäisessä linjauksessa, mikä on johtanut täysin rakenteelliseen vahvistusjärjestelmään. PCCP-linjan sisällä CFRP-vuoraus toimii esteenä, joka ohjaa isäntäputkessa olevan terässylinterin kokemaa rasitusta. Komposiittivuoraus mahdollistaa terässylinterin suorituskyvyn joustavalla alueella, jotta putken pitkän aikavälin suorituskyky säilyy. CFRP liner mallit perustuvat kanta Yhteensopivuus liner ja isäntäputki.
CFRP on kalliimpi materiaali kuin sen vastineet rakennusteollisuudessa, Lasikuituvahvisteinen polymeeri (GFRP) ja ARAMIDIKUITUVAHVISTEINEN polymeeri (AFRP), vaikka CFRP: tä yleisesti pidetään ominaisuuksiltaan parempana. CFRP: n käyttöä jälkiasennuksessa ja vaihtoehtona teräkselle vahvistavana tai esijännittävänä materiaalina tutkitaan edelleen paljon. Kustannukset ovat edelleen ongelma ja pitkän aikavälin kestävyys kysymyksiä edelleen. Jotkut ovat huolissaan CFRP: n hauraudesta, toisin kuin teräksen sitkeys. Vaikka suunnittelukoodit ovat laatineet instituutiot, kuten American Concrete Institute, on edelleen jonkin verran epäröintiä keskuudessa engineering yhteisö toteuttaa näitä vaihtoehtoisia materiaaleja. Osittain tämä johtuu standardoinnin puutteesta ja markkinoilla olevien kuitu-ja hartsiyhdistelmien omistuksellisesta luonteesta.
Hiilikuitumikroelektrodeja
Hiilikuitukuituja käytetään hiilikuitumikroelektrodien valmistukseen. Tässä sovelluksessa tyypillisesti yksittäinen hiilikuitu, jonka halkaisija on 5-7 µm, suljetaan lasikapillaariin. Kärjessä kapillaari joko tiivistetään epoksilla ja kiillotetaan hiilikuitulevyn mikroelektrodiksi tai kuitu leikataan 75-150 µm: n pituiseksi hiilikuitusylinterielektrodiksi. Hiilikuitumikroelektrodeja käytetään joko amperometriassa tai nopeasti skannattavassa syklisessä voltammetriassa biokemiallisen signaloinnin havaitsemiseen.
Urheilusuosikki
CFRP on nyt laajalti käytetty urheiluvälineitä, kuten squash, tennis, ja sulkapallo racquets, urheilu leija spars, laadukkaita nuoliakselit, jääkiekkomailat, onkivavat, surffilaudat, huippuluokan uida evät, ja soutu kuoret. Amputoidut urheilijat, kuten Jonnie Peacock, käyttävät juoksussa hiilikuituteriä. Sitä käytetään varsilevynä joissakin koripallolenkkareissa jalan pitämiseksi vakaana siten, että se kulkee yleensä kengän pituuden verran juuri pohjan yläpuolella ja jää paikoitellen paljaaksi, yleensä kaareen.
vuonna 2006 otettiin käyttöön krikettimailat, joiden selässä on ohut hiilikuitukerros, ja joita korkean profiilin pelaajat, kuten Ricky Ponting ja Michael Hussey, käyttivät kilpaotteluissa. Hiilikuidun väitettiin vain lisäävän mailojen kestävyyttä, mutta ICC kielsi sen kaikista alkulohkon otteluista vuonna 2007.
CFRP-polkupyörän runko painaa vähemmän kuin teräs -, alumiini-tai titaanirunko, jolla on sama lujuus. Hiilikuitukankaan tyyppi ja suunta voidaan suunnitella maksimoimaan jäykkyys tarvittaviin suuntiin. Kehyksiä voidaan virittää vastaamaan eri ratsastustyylejä: sprinttitapahtumat vaativat jäykempiä kehyksiä, kun taas kestävyystapahtumat saattavat vaatia joustavampia kehyksiä ratsastajan mukavuuteen pidemmillä ajanjaksoilla. Erilaisia muotoja se voidaan rakentaa on edelleen lisääntynyt jäykkyys ja mahdollistaa myös aerodynaaminen putkiosat. CFRP-haarukat, mukaan lukien jousitushaarukan kruunut ja ohjaimet, Ohjaustangot, istuinpylväät ja kampivarret, ovat yleistymässä sekä keskikokoisissa että kalliimmissa polkupyörissä. CFRP-vanteet ovat edelleen kalliita, mutta niiden vakaus alumiiniin verrattuna vähentää tarvetta tehdä pyörästä uudelleen totta ja pelkistetty massa vähentää pyörän hitausmomenttia. CFRP-puolat ovat harvinaisia ja useimmat hiilikerrat säilyttävät perinteiset ruostumattomasta teräksestä valmistetut puolat. CFRP esiintyy enenevässä määrin myös muissa komponenteissa, kuten kiskojen osissa, jarru-ja vaihtovivuissa ja koreissa, kasettien ketjupyörien kantimissa, jousituslinjoissa, levyjarrujen roottoreissa, polkimissa, kengänpohjissa ja satulakiskoissa. Vaikka vahva ja kevyt, vaikutus, yli-vääntö, tai väärä asennus CFRP komponentit on johtanut halkeilua ja vikoja, joita voi olla vaikea tai mahdoton korjata.
muut sovellutukset
polymeerien ja lämpökomposiittien palonkestävyys paranee merkittävästi, jos ohut hiilikuitukerros muovataan lähelle pintaa, koska tiheä, kompakti hiilikuitukerros heijastaa tehokkaasti lämpöä.
CFRP: tä käytetään yhä useammissa jäykkyyttä ja keveyttä vaativissa high-end-tuotteissa, joita ovat mm.:
- soittimet, mukaan lukien viulunsoittimet; kitaran Plektrat, kaulat (hiilikuitusauvat) ja plektrasuojat; rumpujen kuoret; säkkipillilaulut; ja koko soittimia kuten Luis ja Clarkin hiilikuitu sellot, alttoviulut ja viulut; ja Blackbird kitarat Akustiset kitarat ja ukuleles; myös äänikomponentit kuten levysoittimet ja kaiuttimet.
- ampuma-aseilla korvataan tiettyjä metalli -, puu-ja lasikuitukomponentteja, mutta monet sisäosat rajoittuvat edelleen metalliseoksiin, koska nykyiset lujitemuovit eivät sovellu niihin.
- suorituskykyiset lennokkirungot ja muut radio-ohjattavat ajoneuvon ja lentokoneen osat, kuten helikopterin roottorin lavat.
- Kevytsauvat kuten: kolmijalkoja, telttasauvoja, onkivapoja, biljardimerkkejä, kävelykeppejä ja korkealle ulottuvia sauvoja esimerkiksi ikkunanpesuun.
- hammaslääketieteessä hiilikuitupylväitä käytetään juurihoidettujen hampaiden palauttamisessa.
- junien telit matkustajaliikennettä varten. Tämä vähentää painoa jopa 50% verrattuna metallisiin teleihin, mikä osaltaan säästää energiaa.
- kannettavan tietokoneen kuoret ja muut korkean suorituskyvyn kotelot.
- Hiilikuitukankaat.
- Jousiammunta, hiilikuitunuolet ja pultit, kalusto ja kisko.
- hiilikuituvahvisteista muovia (polyamidi-hiilikuitufilamenttia) käytetään 3D-sulatetun deposition mallintamisprosessin filamenttina tukevien mutta kevyiden työkalujen ja osien valmistukseen sen suuren lujuuden ja repäisypituuden vuoksi.
- kaukolämpöputkien kunnostus CIPP-menetelmällä.