applikationer för CFRP inkluderar följande:
Aerospace engineeringEdit
Airbus A350 XWB är byggd av 52% CFRP inklusive vingspar och flygkroppskomponenter, som överträffar Boeing 787 Dreamliner, för flygplanet med det högsta viktförhållandet för CFRP, vilket är 50%. Detta var ett av de första kommersiella flygplanen som hade vingstänger gjorda av kompositer. Airbus A380 var en av de första kommersiella flygbolagen som hade en central vinglåda gjord av CFRP; det är den första som har ett smidigt konturerat vingtvärsnitt istället för att vingarna delas upp i sektioner. Detta flytande, kontinuerliga tvärsnitt optimerar aerodynamisk effektivitet. Dessutom är bakkanten, tillsammans med det bakre skottet, empennage och un-pressurised fuselage gjorda av CFRP. Många förseningar har dock drivit orderleveransdatum tillbaka på grund av problem med tillverkningen av dessa delar. Många flygplan som använder CFRP har upplevt förseningar med leveransdatum på grund av de relativt nya processerna som används för att tillverka CFRP-komponenter, medan metallstrukturer har studerats och använts på flygplan i flera år, och processerna är relativt väl förstådda. Ett återkommande problem är övervakningen av strukturellt åldrande, för vilket nya metoder ständigt undersöks, på grund av CFRP: s ovanliga multimaterial och anisotropa natur.
1968 var en Hyfil-kolfiberfläktmontering i drift på Rolls-Royce Conways av Vickers VC10s som drivs av BOAC.
specialiserade flygplandesigners och tillverkare Scaled Composites har använt sig av CFRP i hela sitt designområde, inklusive den första privata bemannade rymdfarkosten Spaceship One. CFRP används ofta i micro air vehicles (MAVs) på grund av dess höga styrka till viktförhållande.
Automotive engineeringEdit
CFRPs används i stor utsträckning i avancerade Bilracing. Den höga kostnaden för kolfiber mildras av materialets oöverträffade styrka-till-vikt-förhållande, och låg vikt är avgörande för högpresterande Bilracing. Race-biltillverkare har också utvecklat metoder för att ge kolfiberstycken styrka i en viss riktning, vilket gör den stark i en bärande riktning, men svag i riktningar där liten eller ingen belastning skulle placeras på medlemmen. Omvänt utvecklade tillverkare omnidirektionella kolfiberväv som applicerar styrka i alla riktningar. Denna typ av kolfibermontering används mest i” safety cell ” monocoque chassimontering av högpresterande racerbilar. Det första monocoque-chassit i kolfiber introducerades i Formel ett av McLaren under säsongen 1981. Den designades av John Barnard och kopierades allmänt under de följande säsongerna av andra F1-lag på grund av den extra styvheten i bilens chassi.
många superbilar under de senaste decennierna har införlivat CFRP i stor utsträckning i sin tillverkning och använt den för sitt monocoque-chassi samt andra komponenter. Så långt tillbaka som 1971 erbjöd Citro Baccarat SM valfria lätta kolfiberhjul.
användning av materialet har lättare antagits av tillverkare med låg volym som använde det främst för att skapa karosspaneler för några av sina avancerade bilar på grund av dess ökade styrka och minskade vikt jämfört med den glasförstärkt polymer de använde för majoriteten av sina produkter.
Civil engineeringEdit
CFRP har blivit ett anmärkningsvärt material i konstruktionstekniska tillämpningar. Studerade i ett akademiskt sammanhang om dess potentiella fördelar i byggandet, det har också visat sig kostnadseffektivt i ett antal fält applikationer stärka betong, murverk, stål, gjutjärn, och träkonstruktioner. Dess användning i industrin kan antingen vara för eftermontering För att stärka en befintlig struktur eller som ett alternativt förstärkande (eller förspännings) material istället för stål från början av ett projekt.
eftermontering har blivit den alltmer dominerande användningen av materialet inom anläggningsteknik, och applikationer inkluderar att öka lastkapaciteten hos gamla strukturer (som broar) som konstruerades för att tolerera mycket lägre servicebelastningar än de upplever idag, seismisk eftermontering och reparation av skadade strukturer. Eftermontering är populärt i många fall eftersom kostnaden för att ersätta den bristfälliga strukturen kan överstiga kostnaden för förstärkning med CFRP.
appliceras på armerade betongkonstruktioner för böjning, CFRP har vanligtvis en stor inverkan på styrkan (fördubbling eller mer sektionens styrka är inte ovanligt), men endast en måttlig ökning av styvheten (kanske en ökning med 10%). Detta beror på att materialet som används i denna applikation vanligtvis är mycket starkt (t.ex. 3000 MPa ultimat draghållfasthet, mer än 10 gånger mjukt stål) men inte särskilt styvt (150 till 250 GPa, lite mindre än stål, är typiskt). Som ett resultat används endast små tvärsnittsområden av materialet. Små områden med mycket hög hållfasthet men måttlig styvhet material kommer att avsevärt öka styrkan, men inte styvhet.
CFRP kan också appliceras för att förbättra skjuvhållfastheten hos armerad betong genom att förpacka tyger eller fibrer runt den sektion som ska stärkas. Omslag runt sektioner (som bro-eller byggkolumner) kan också förbättra sektionens duktilitet, vilket kraftigt ökar motståndet mot kollaps under jordbävningsbelastning. Sådan ’seismisk eftermontering’ är den största tillämpningen i jordbävningsbenägna områden, eftersom det är mycket mer ekonomiskt än alternativa metoder.
om en kolumn är cirkulär (eller nästan så) uppnås också en ökning av axiell kapacitet genom inslagning. I denna applikation förbättrar inneslutningen av CFRP-omslaget betongens tryckhållfasthet. Men även om stora ökningar uppnås i den ultimata kollapsbelastningen, kommer betongen att spricka vid endast något förbättrad belastning, vilket innebär att denna applikation endast används ibland. Specialist Ultrahög modul CFRP (med dragmodul på 420 GPa eller mer) är en av de få praktiska metoderna för att stärka gjutjärnbalkar. Vid typisk användning är den bunden till sektionens dragfläns, både ökar sektionens styvhet och sänker den neutrala axeln, vilket kraftigt minskar den maximala dragspänningen i gjutjärnet.
i USA står förspända betongcylinderrör (PCCP) för en stor majoritet av vattenöverföringsnätet. På grund av deras stora diametrar är fel i PCCP vanligtvis katastrofala och påverkar stora populationer. Cirka 19 000 miles (31 000 km) PCCP har installerats mellan 1940 och 2006. Korrosion i form av vätesprödning har anklagats för den gradvisa försämringen av förspänningsledningarna i många PCCP-linjer. Under det senaste decenniet har CFRP använts för att internt linje PCCP, vilket resulterar i ett helt strukturellt förstärkningssystem. Inuti en PCCP-linje fungerar CFRP-fodret som en barriär som styr nivån på stammen som upplevs av stålcylindern i värdröret. Kompositfodret gör det möjligt för stålcylindern att utföra inom sitt elastiska område för att säkerställa att rörledningens långsiktiga prestanda bibehålls. CFRP liner designs är baserade på stamkompatibilitet mellan fodret och värdröret.
CFRP är ett dyrare material än dess motsvarigheter i byggbranschen, glasfiberförstärkt polymer (GFRP) och aramidfiberförstärkt polymer (AFRP), även om CFRP i allmänhet anses ha överlägsna egenskaper. Mycket forskning fortsätter att göras på att använda CFRP både för eftermontering och som ett alternativ till stål som ett förstärkande eller förspänningsmaterial. Kostnaden är fortfarande ett problem och långsiktiga hållbarhetsfrågor kvarstår. Vissa är oroade över CFRP: s spröda natur, i motsats till stålets duktilitet. Även om designkoder har utarbetats av institutioner som American Concrete Institute, finns det fortfarande viss tvekan bland ingenjörssamhället om att implementera dessa alternativa material. Delvis beror detta på brist på standardisering och den proprietära karaktären hos fiber-och hartskombinationerna på marknaden.
kolfibermikroelektrodedit
kolfibrer används för tillverkning av kolfibermikroelektroder. I denna ansökan typiskt en enda kolfiber med en diameter av 5-7 oz. m förseglas i en glaskapillär. Vid spetsen kapillären är antingen förseglad med epoxi och polerad för att göra kolfiber disk mikroelektrod eller fibern skärs till en längd av 75-150 oc för att göra kolfiber cylinder elektrod. Kolfibermikroelektroder används antingen i amperometri eller snabbskanning cyklisk voltammetri för detektering av biokemisk signalering.
sport goodsEdit
CFRP används nu i stor utsträckning i sportutrustning som i squash, tennis och badminton racketar, sport kite spars, hög kvalitet pil axlar, hockeyklubbor, fiskespön, surfbrädor, high end simma fenor, och rodd skal. Amputerade idrottare som Jonnie Peacock använder kolfiberblad för löpning. Den används som en skaftplatta i vissa basketskor för att hålla foten stabil, vanligtvis kör längden på skon precis ovanför sulan och lämnas exponerad i vissa områden, vanligtvis i bågen.
kontroversiellt, 2006, cricket Fladdermöss med ett tunt kolfiberlager på baksidan introducerades och användes i tävlingsmatcher av högprofilerade spelare inklusive Ricky Ponting och Michael Hussey. Kolfibern hävdades bara öka fladdermössens hållbarhet, men det förbjöds från alla förstklassiga matcher av ICC 2007.
en CFRP cykelram väger mindre än en av stål, aluminium eller titan med samma styrka. Typen och orienteringen av kolfiberväven kan utformas för att maximera styvheten i önskade riktningar. Ramar kan ställas in för att ta itu med olika körstilar: sprinthändelser kräver styvare ramar medan uthållighetshändelser kan kräva mer flexibla ramar för ryttarkomfort under längre perioder. De olika formerna som den kan byggas in i har ytterligare ökat styvheten och också tillåtit aerodynamiska rörsektioner. CFRP-gafflar inklusive upphängningsgaffelkronor och styrare, styr, sadelstolpar och vevarmar blir allt vanligare på medelstora och dyrare cyklar. CFRP-fälgar är fortfarande dyra men deras stabilitet jämfört med aluminium minskar behovet av att återställa ett hjul och den reducerade massan minskar hjulets tröghetsmoment. CFRP ekrar är sällsynta och de flesta kolhjul behåller traditionella ekrar av rostfritt stål. CFRP förekommer också alltmer i andra komponenter som spärrdelar, broms-och växelspakar och karosser, kassetthjulbärare, upphängningslänkar, skivbromsrotorer, pedaler, skosulor och sadelskenor. Även om stark och lätt, påverkan, övervridning eller felaktig installation av CFRP-komponenter har resulterat i sprickor och fel, vilket kan vara svårt eller omöjligt att reparera.
andra applikationerredigera
brandbeständigheten hos polymerer och termo-set kompositer förbättras avsevärt om ett tunt lager av kolfibrer formas nära ytan eftersom ett tätt, kompakt lager av kolfibrer effektivt reflekterar värme.
CFRP används i ett ökande antal avancerade produkter som kräver styvhet och låg vikt, dessa inkluderar:
- musikinstrument, inklusive violinbågar; gitarrval, halsar( kolfiberstavar) och pick-guards; trumskal; säckpipa chanters; och hela musikinstrument som Luis och Clarks kolfiber cellos, violor och fioler; och Blackbird gitarrer akustiska gitarrer och ukuleler; även ljudkomponenter som skivspelare och högtalare.
- skjutvapen använder den för att ersätta vissa metall -, trä-och glasfiberkomponenter, men många av de inre delarna är fortfarande begränsade till metalllegeringar eftersom nuvarande armerad plast är olämplig.
- högpresterande drone-kroppar och andra radiostyrda fordon och flygplanskomponenter som helikopterrotorblad.
- lätta poler som: stativ ben, tält stolpar, fiskespön, biljard ledtrådar, promenadkäppar, och hög räckvidd stolpar som för fönsterputsning.
- tandvård, kolfiberstolpar används för att återställa rotkanalbehandlade tänder.
- rasade tåg boggier för persontrafik. Detta minskar vikten med upp till 50% jämfört med metall boggier, vilket bidrar till energibesparingar.
- bärbara skal och andra högpresterande fall.
- kolvävda tyger.
- Bågskytte, kolfiberpilar och bultar, lager och järnväg.
- som ett filament för 3D-smält deponeringsmodelleringsprocessen används kolfiberförstärkt plast (polyamid-kolfilament) för produktion av robusta men lätta verktyg och delar på grund av dess höga hållfasthet och rivlängd.
- Fjärrvärmerörsrehabilitering, med CIPP-metod.