Polimer armat cu fibră de Carbon

aplicațiile pentru CFRP includ următoarele:

Inginerie Aerospațială

un Airbus A350 compozit cu livrare tematică din fibră de carbon

Airbus A350 XWB este construit din 52% CFRP, inclusiv piese de Aripă și componente de fuselaj, depășind Boeing 787 Dreamliner, pentru aeronava cu cel mai mare raport de greutate pentru CFRP, care este de 50%. Acesta a fost unul dintre primele avioane comerciale care au spărturi de aripă fabricate din compozite. Airbus A380 a fost unul dintre primele avioane comerciale care a avut o cutie centrală de aripă din CFRP; este primul care are o secțiune transversală a aripii conturată fără probleme, în loc ca aripile să fie împărțite în secțiuni. Această secțiune transversală continuă și curgătoare optimizează eficiența aerodinamică. Mai mult, marginea posterioară, împreună cu peretele din spate, empenajul și fuselajul nepresurizat sunt realizate din CFRP. Cu toate acestea, multe întârzieri au împins datele de livrare a comenzilor din cauza problemelor legate de fabricarea acestor piese. Multe aeronave care utilizează CFRP au înregistrat întârzieri cu datele de livrare din cauza proceselor relativ noi utilizate pentru fabricarea componentelor CFRP, în timp ce structurile metalice au fost studiate și utilizate pe aeronave de ani de zile, iar procesele sunt relativ bine înțelese. O problemă recurentă este monitorizarea îmbătrânirii structurale, pentru care sunt investigate în mod constant noi metode, datorită naturii neobișnuite multi-materiale și anizotrope a CFRP.

în 1968, un ansamblu de ventilatoare din fibră de carbon Hyfil era în funcțiune pe Rolls-Royce Conways din Vickers VC10s operat de BOAC.

proiectanții și producătorii de aeronave specializate compozite scalate au utilizat pe scară largă CFRP pe toată gama lor de proiectare, inclusiv prima navă spațială privată cu echipaj Spaceship one. CFRP este utilizat pe scară largă în vehiculele micro-aeriene (MAVs) datorită raportului său ridicat de rezistență la greutate.

automotive engineeringEdit

Citro Citro SM care a câștigat Raliul Marocului din 1971 cu roți din fibră de carbon

1996 McLaren F1 – prima carcasă din fibră de carbon

McLaren MP4 (MP4/1), prima mașină F1 din fibră de carbon.

CFRP-urile sunt utilizate pe scară largă în cursele de automobile high-end. Costul ridicat al fibrei de carbon este atenuat de raportul de rezistență-greutate de neegalat al materialului, iar greutatea redusă este esențială pentru cursele de automobile de înaltă performanță. Producătorii de mașini de curse au dezvoltat, de asemenea, metode pentru a oferi pieselor din fibră de carbon rezistență într-o anumită direcție, făcându-l puternic într-o direcție portantă, dar slab în direcții în care ar fi plasată o sarcină mică sau deloc pe membru. În schimb, producătorii au dezvoltat țesături omnidirecționale din fibră de carbon care aplică rezistență în toate direcțiile. Acest tip de ansamblu din fibră de carbon este cel mai utilizat pe scară largă în ansamblul șasiului monococ „celulă de siguranță” al mașinilor de curse de înaltă performanță. Primul șasiu monococ din fibră de carbon a fost introdus în Formula Unu de McLaren în sezonul 1981. A fost proiectat de John Barnard și a fost copiat pe scară largă în sezoanele următoare de alte echipe de F1 datorită rigidității suplimentare oferite șasiului mașinilor.

multe supercaruri din ultimele decenii au încorporat CFRP pe scară largă în fabricarea lor, folosindu-l pentru șasiul lor monococ, precum și pentru alte componente. Încă din 1971, Citro XVN SM a oferit roți opționale ușoare din fibră de carbon.

utilizarea materialului a fost adoptată mai ușor de producătorii cu volum redus, care l-au folosit în principal pentru crearea panourilor de caroserie pentru unele dintre mașinile lor de ultimă generație, datorită rezistenței sale crescute și greutății reduse în comparație cu polimerul armat cu sticlă pe care l-au folosit pentru majoritatea produselor lor.

Inginerie Civilăedit

informații suplimentare: aplicații structurale ale FRP

CFRP a devenit un material notabil în aplicațiile de inginerie structurală. Studiat într-un context academic cu privire la beneficiile sale potențiale în construcții, s-a dovedit, de asemenea, rentabil într-o serie de aplicații de teren, consolidând structurile din beton, zidărie, oțel, fontă și lemn. Utilizarea sa în industrie poate fi fie pentru reamenajare pentru a consolida o structură existentă, fie ca material alternativ de armare (sau pre-stresare) în loc de oțel încă de la începutul unui proiect.modernizarea a devenit utilizarea din ce în ce mai dominantă a materialului în ingineria civilă, iar aplicațiile includ creșterea capacității de încărcare a structurilor vechi (cum ar fi podurile) care au fost proiectate să tolereze sarcini de serviciu mult mai mici decât se confruntă astăzi, modernizarea seismică și repararea structurilor deteriorate. Modernizarea este populară în multe cazuri, deoarece costul înlocuirii structurii deficitare poate depăși cu mult costul consolidării folosind CFRP.aplicat structurilor din beton armat pentru flexiune, CFRP are de obicei un impact mare asupra rezistenței (dublarea sau mai mult rezistența secțiunii nu este neobișnuită), ci doar o creștere moderată a rigidității (poate o creștere de 10%). Acest lucru se datorează faptului că materialul utilizat în această aplicație este de obicei foarte puternic (de exemplu, 3000 MPa rezistență la tracțiune final, mai mult de 10 ori oțel moale), dar nu deosebit de rigid (150 la 250 GPa, un pic mai puțin de oțel, este tipic). În consecință, se utilizează numai zone mici ale secțiunii transversale a materialului. Zonele mici de rezistență foarte mare, dar materialul de rigiditate moderată vor crește semnificativ rezistența, dar nu rigiditatea.

CFRP poate fi, de asemenea, aplicat pentru a spori rezistența la forfecare a betonului armat prin înfășurarea țesăturilor sau fibrelor în jurul secțiunii care urmează să fie întărită. Înfășurarea în jurul secțiunilor (cum ar fi podul sau coloanele clădirii) poate spori, de asemenea, ductilitatea secțiunii, crescând foarte mult rezistența la colaps sub încărcarea cutremurului. O astfel de modernizare seismică este aplicația majoră în zonele predispuse la cutremure, deoarece este mult mai economică decât metodele alternative.

dacă o coloană este circulară (sau aproape), o creștere a capacității axiale se realizează și prin înfășurare. În această aplicație, închiderea învelișului CFRP îmbunătățește rezistența la compresiune a betonului. Cu toate acestea, deși se obțin creșteri mari în sarcina finală de colaps, betonul se va sparge doar la o sarcină ușor îmbunătățită, ceea ce înseamnă că această aplicație este utilizată doar ocazional. Modulul special ultra – înalt CFRP (cu modul de tracțiune de 420 GPa sau mai mult) este una dintre puținele metode practice de întărire a grinzilor din fontă. În utilizarea tipică, este legat de flanșa de tracțiune a secțiunii, crescând atât rigiditatea secțiunii, cât și coborârea axei neutre, reducând astfel foarte mult tensiunea maximă de tracțiune din fontă.

în Statele Unite, conductele de cilindri de beton pre-stresate (PCCP) reprezintă marea majoritate a rețelelor de transmisie a apei. Datorită diametrelor lor mari, eșecurile PCCP sunt de obicei catastrofale și afectează populațiile mari. Aproximativ 19.000 de mile (31.000 km) de PCCP au fost instalate între 1940 și 2006. Coroziunea sub formă de fragilizare a hidrogenului a fost acuzată de deteriorarea treptată a firelor de pre-stresare în multe linii PCCP. În ultimul deceniu, CFRP-urile au fost utilizate pentru a alinia intern PCCP, rezultând un sistem de întărire complet structural. În interiorul unei linii PCCP, căptușeala CFRP acționează ca o barieră care controlează nivelul de tensiune experimentat de cilindrul de oțel din conducta gazdă. Căptușeala compozită permite cilindrului de oțel să funcționeze în intervalul său elastic, pentru a asigura menținerea performanței pe termen lung a conductei. Modelele de căptușeală CFRP se bazează pe Compatibilitatea tulpinii între căptușeală și conducta gazdă.

CFRP este un material mai costisitor decât omologii săi din industria construcțiilor, polimer armat cu fibre de sticlă (GFRP) și polimer armat cu fibre de aramidă (AFRP), deși CFRP este, în general, considerat ca având proprietăți superioare. Continuă să se facă multe cercetări cu privire la utilizarea CFRP atât pentru reamenajare, cât și ca alternativă la oțel ca material de armare sau pre-stresare. Costul rămâne o problemă, iar întrebările privind durabilitatea pe termen lung rămân în continuare. Unii sunt preocupați de natura fragilă a CFRP, spre deosebire de ductilitatea oțelului. Deși codurile de proiectare au fost elaborate de instituții precum Institutul American de beton, rămâne o oarecare ezitare în rândul comunității inginerești cu privire la implementarea acestor materiale alternative. În parte, acest lucru se datorează lipsei de standardizare și naturii proprietare a combinațiilor de fibre și rășini de pe piață.

microelectrozi din fibră de Carbonedit

fibrele de Carbon sunt utilizate pentru fabricarea microelectrozilor din fibră de carbon. În această aplicație, de obicei, o singură fibră de carbon cu diametrul de 5-7 mm este sigilată într-un capilar de sticlă. La vârful capilar este fie sigilate cu epoxidice și lustruit pentru a face fibra de carbon disc microelectrode sau fibra este tăiat la o lungime de 75-150 unqqm pentru a face fibra de carbon cilindru electrod. Microelectrozii din fibră de Carbon sunt utilizați fie în amperometrie, fie în voltametrie ciclică cu Scanare rapidă pentru detectarea semnalizării biochimice.

sport goodsEdit

o canoe din fibră de carbon și Kevlar (Placid Boatworks Rapidfire la Adirondack canoe Classic)

CFRP este acum utilizat pe scară largă în echipamente sportive, cum ar fi squash, tenis și rachete de badminton, spărturi de zmeu sportiv, arbori de săgeată de înaltă calitate, bastoane de hochei, tije de pescuit, plăci de surf, aripioare de înot de înaltă calitate și cochilii de canotaj. Atleții amputați, cum ar fi Jonnie Peacock, folosesc lame din fibră de carbon pentru a alerga. Este folosit ca o placă de coadă în unele adidași de baschet pentru a menține piciorul stabil, de obicei alergând lungimea pantofului chiar deasupra tălpii și lăsat expus în unele zone, de obicei în arc.în mod controversat ,în 2006, liliecii de cricket cu un strat subțire de fibră de carbon pe spate au fost introduși și utilizați în meciurile competitive de către jucători de profil înalt, inclusiv Ricky Ponting și Michael Hussey. Fibra de carbon a fost revendicată doar pentru a crește durabilitatea liliecilor, dar a fost interzisă de la toate meciurile de primă clasă de către CPI în 2007.

un cadru de bicicletă CFRP cântărește mai puțin decât unul din oțel, aluminiu sau titan având aceeași rezistență. Tipul și orientarea țesăturii din fibră de carbon pot fi proiectate pentru a maximiza rigiditatea în direcțiile necesare. Cadrele pot fi reglate pentru a aborda diferite stiluri de călărie: evenimentele sprint necesită cadre mai rigide, în timp ce evenimentele de anduranță pot necesita cadre mai flexibile pentru confortul călărețului pe perioade mai lungi. Varietatea formelor în care poate fi încorporată a crescut și mai mult rigiditatea și a permis, de asemenea, secțiuni aerodinamice ale tubului. Furcile CFRP, inclusiv coroanele furcii de suspensie și direcționatoarele, ghidonul, stâlpii scaunului și brațele manivelei, devin din ce în ce mai frecvente pe bicicletele medii, precum și la prețuri mai mari. Jantele CFRP rămân scumpe, dar stabilitatea lor în comparație cu aluminiul reduce necesitatea re-adevărării unei roți, iar masa redusă reduce momentul de inerție al roții. Spițele CFRP sunt rare și majoritatea seturilor de roți din carbon păstrează spițele tradiționale din oțel inoxidabil. CFRP apare, de asemenea, din ce în ce mai mult în alte componente, cum ar fi piesele schimbătorului, pârghiile și corpurile de frână și schimbător, suporturile pinionului casetei, legăturile de suspensie, rotoarele de frână cu disc, pedalele, tălpile pantofilor și șinele de șa. Deși puternic și ușor, impact, supra-torquing, sau instalarea necorespunzătoare a componentelor CFRP a dus la fisuri și defecțiuni, care pot fi dificil sau imposibil de reparat.

alte aplicațiiedit

rezistența la foc a polimerilor și a compozitelor termo-set este îmbunătățită semnificativ dacă un strat subțire de fibre de carbon este turnat în apropierea suprafeței, deoarece un strat dens și compact de fibre de carbon reflectă eficient căldura.

CFRP este utilizat într-un număr tot mai mare de produse high-end care necesită rigiditate și greutate redusă, acestea includ:

  • instrumente muzicale, inclusiv arcuri pentru vioară; ponturi de chitară, gâturi (tije din fibră de carbon) și pick-guards; cochilii de tobe; cântători de cimpoi; și instrumente muzicale întregi, cum ar fi Violoncelele, violoanele și viorile din fibră de carbon ale lui Luis și Clark; și chitare acustice și ukule ale chitarelor Blackbird; de asemenea, componente audio, cum ar fi platane și difuzoare.
  • armele de foc îl folosesc pentru a înlocui anumite componente din metal, lemn și fibră de sticlă, dar multe dintre părțile interne sunt încă limitate la aliajele metalice, deoarece materialele plastice armate actuale nu sunt adecvate.
  • corpuri de drone de înaltă performanță și alte componente ale vehiculelor și aeronavelor controlate radio, cum ar fi palele rotorului elicopterului.
  • stâlpi ușori, cum ar fi: picioare de trepied, stâlpi de cort, tije de pescuit, indicii de biliard, bețe de mers și stâlpi cu acoperire mare, cum ar fi pentru curățarea ferestrelor.
  • stomatologie, posturi din fibra de carbon sunt utilizate în restaurarea canalului radicular tratate dinți.
  • s-au raliat boghiuri de tren pentru serviciul de călători. Acest lucru reduce greutatea cu până la 50% în comparație cu boghiurile metalice, ceea ce contribuie la economiile de energie.
  • scoici Laptop și alte cazuri de înaltă performanță.
  • țesături din Carbon.
  • tir cu arcul, săgeți și șuruburi din fibră de carbon, stoc și șină.
  • ca filament pentru procesul de imprimare de modelare a depunerii topite 3D, plasticul armat cu fibră de carbon (filament poliamidă-carbon) este utilizat pentru producerea de scule și piese robuste, dar ușoare, datorită rezistenței sale ridicate și lungimii de rupere.
  • reabilitarea conductelor de încălzire urbană, folosind metoda CIPP.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.