Vai oglekļa šķiedra ir plastmasas veids?

Kas ir oglekļa šķiedra?

Oglekļa šķiedra ir uzlabots inženierijas materiāls, kas izgatavots no ļoti plāniem pavedieniem, kas galvenokārt sastāv no oglekļa atomiem. Katra kvēldiega diametrs parasti ir 5–10 mikroni, kas ir plānāks par cilvēka matu. Tūkstošiem šo pavedienu ir salikti kopā, veidojot oglekļa šķiedras pakulas, ko pēc tam var ieaust audumos vai izmantot kompozītmateriālu ražošanā.

Lielākā daļa komerciālo oglekļa šķiedru tiek ražotas no prekursora, ko sauc par poliakrilnitrilu (PAN). Ražošanas process ietver vairākus sarežģītus posmus, kas pārveido prekursoru šķiedras spēcīgos oglekļa pavedienos.

Tipisks process ietver:

Pēc šīm darbībām šķiedras iegūst ievērojamas mehāniskās īpašības.

Īpašums	Tipiskā vērtība
Blīvums	~1,7–1,9 g/cm³
Stiepes izturība	Līdz 7 GPa
Elastīgais modulis	Līdz 600 GPa
Spēka un svara attiecība	Ārkārtīgi augsts

Šo īpašību dēļ oglekļa šķiedra tiek plaši izmantota kā stiegrojuma materiāls progresīvās kompozītmateriālu konstrukcijās, kur liela izturība un mazs svars ir kritiski svarīgi.

Ko kompozītmateriālos nozīmē 'plastmasa'?

Ikdienas lietošanā plastmasa parasti attiecas uz tādiem izplatītiem materiāliem kā polietilēns, polipropilēns vai ABS. Šos materiālus plaši izmanto iepakojumā, patēriņa precēs un veidnēs.

Tomēr kompozītmateriālu ražošanā vārds 'plastmasa' parasti attiecas uz polimēru sveķiem, kas darbojas kā matricas materiāls kompozītmateriālā.

Bieži sveķi, ko izmanto ar oglekļa šķiedru, ietver:

Epoksīda sveķi – plaši izmanto kosmosa un augstas veiktspējas konstrukcijās

Poliestera sveķi - parasti izmanto jūras un vispārēju kompozītmateriālu lietojumos

Vinilestera sveķi – pazīstami ar labu izturību pret koroziju

Termoplastiskie sveķi – izmanto progresīvos ražošanas procesos

Šiem sveķiem ir vairākas būtiskas lomas:

Šķiedru saistīšana kopā cietā struktūrā

Slodzes pārnešana starp atsevišķām šķiedrām

Aizsargā šķiedras no mitruma, ķīmiskām vielām un vides kaitējuma

Detaļas galīgās formas nodrošināšana

Bez sveķiem oglekļa šķiedras audumi vai saišķi nespētu veidot stingras konstrukcijas daļas.

Kā oglekļa šķiedra un plastmasa darbojas kopā kompozītmateriālos

Oglekļa šķiedra un sveķi kompozītmateriālā pilda dažādas, bet papildinošas funkcijas.

Oglekļa šķiedras pašas ir ārkārtīgi spēcīgas visā garumā, taču tās nevar noturēt formu bez atbalsta. Sveķu matrica ieskauj šķiedras un nofiksē tās pozīcijā, ļaujot materiālam darboties kā vienai konstrukcijas sastāvdaļai.

Apvienojot, tie veido oglekļa šķiedru pastiprinātu polimēru, kas ir viens no visplašāk izmantotajiem augstas veiktspējas kompozītmateriāliem.

Šajā struktūrā:

Oglekļa šķiedra pret plastmasu: galvenās atšķirības

Lai gan oglekļa šķiedras kompozītmateriāli satur polimēru sveķus, pati oglekļa šķiedra būtiski atšķiras no parastajiem plastmasas materiāliem.

Funkcija	Oglekļa šķiedra	Plastmasa
Materiāla veids	Armatūras šķiedra	Polimēru materiāls
Spēks	Ārkārtīgi augsts	Mērens
Stīvums	Ļoti augsts	Parasti zemāks
Svars	Ļoti viegls	Gaisma
Karstumizturība	Augsts	Bieži zemāks
Strukturālās spējas	Lieliski	Ierobežots

Šo atšķirību dēļ oglekļa šķiedras kompozītmateriālus izmanto lietojumos, kur parastā plastmasa nevar nodrošināt pietiekamu strukturālo veiktspēju.

Kāpēc oglekļa šķiedras bieži tiek sajauktas ar plastmasu

Daudzi cilvēki pieņem oglekļa šķiedra ir plastmasa, jo oglekļa šķiedras izstrādājumi izskatās un kā tie tiek ražoti.

Viens no iemesliem ir virsmas izskats. Oglekļa šķiedras komponentiem bieži ir gluda, spīdīga virsmas apdare, kas atgādina formētu plastmasu. Tas ir īpaši izplatīts patēriņa precēm.

Vēl viens iemesls ir sveķu saturs. Tā kā kompozītmateriālu ražošanā tiek izmantoti polimēru sveķi, cilvēki dažreiz pieņem, ka viss materiāls ir plastmasa.

Oglekļa šķiedras kompozītmateriālu priekšrocības salīdzinājumā ar plastmasu

Oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar tradicionālajiem plastmasas materiāliem.

Augstāka stiprības un svara attiecība

Oglekļa šķiedras kompozītmateriāli var nodrošināt ievērojami lielāku izturību, vienlaikus saglabājot mazu svaru, kas ir ļoti svarīgi tādās nozarēs kā aviācija un automobiļu inženierija.

Labāka stingrība

Oglekļa šķiedras materiāli ir daudz stingrāki nekā lielākā daļa plastmasas, ļaujot inženieriem izstrādāt vieglas konstrukcijas bez pārmērīgas deformācijas.

Uzlabota noguruma izturība

Oglekļa šķiedru kompozītmateriāli var izturēt atkārtotus sprieguma ciklus labāk nekā daudzas plastmasas, padarot tos piemērotus strukturāliem lietojumiem.

Lieliska izturība pret koroziju

Atšķirībā no metāliem, oglekļa šķiedras kompozītmateriāli nerūsē un labi darbojas jūras vai ķīmiski agresīvā vidē.

Šo priekšrocību dēļ oglekļa šķiedras kompozītmateriāli arvien vairāk aizstāj tradicionālos materiālus augstas veiktspējas inženierijas lietojumos.

Oglekļa šķiedras kompozītmateriālu izplatītākie pielietojumi

Pateicoties izcilajai stiprības un svara attiecībai, oglekļa šķiedras kompozītmateriālus plaši izmanto daudzās progresīvās nozarēs.

Tipiski lietojumi ietver:

Aviācija

gaisa kuģu konstrukcijas sastāvdaļas

satelītu struktūras

augstas veiktspējas salona daļas

Automašīna

viegli korpusa paneļi

veiktspējas šasijas sastāvdaļas

strukturālie pastiprinājumi

Jūras

laivu korpusi

masti un strukturālie lamināti

korozijizturīgi komponenti

UAV un droni

vieglie rāmji

strukturālie ieroči

augstas stingrības paneļi

Šajās nozarēs ir nepieciešami materiāli, kas apvieno vieglu svaru, augstu izturību un ilgstošu izturību, padarot oglekļa šķiedras kompozītmateriālus par ideālu risinājumu.

Secinājums

Oglekļa šķiedra nav plastmasas veids. Tā ir augstas stiprības stiegrojuma šķiedra, kas izgatavota galvenokārt no oglekļa atomiem, kas sakārtoti kristāliskā struktūrā.

Tomēr lielākā daļa oglekļa šķiedras izstrādājumu apvieno šīs šķiedras ar polimēru sveķiem, veidojot oglekļa šķiedru pastiprinātu polimēru, kompozītmateriālu, kas nodrošina izcilu mehānisko veiktspēju.

Apvienojot oglekļa šķiedru izturību ar polimēru sveķu daudzpusību, ražotāji var radīt vieglus, izturīgus komponentus, ko izmanto nozarēs, sākot no aviācijas un autobūves līdz jūras inženierijai un bezpilota lidaparātu ražošanai.