Да ли је карбонска влакна врста пластике?

Шта су карбонска влакна?

Угљенична влакна су напредни инжењерски материјал направљен од веома танких филамената састављених првенствено од атома угљеника. Сваки филамент је обично 5-10 микрона у пречнику, што је тање од људске косе. Хиљаде ових филамената се спајају у снопове како би се формирала вуча од угљеничних влакана, која се затим може уткати у тканине или користити у производњи композита.

Већина комерцијалних угљеничних влакана производи се од прекурсора званог полиакрилонитрил (ПАН). Производни процес укључује неколико сложених фаза које претварају прекурсорска влакна у јаке угљеничне филаменте.

Типичан процес укључује:

Након ових корака, влакна постижу изузетна механичка својства.

Имовина	Типична вредност
Густина	~1,7–1,9 г/цм⊃3;
Затезна чврстоћа	До 7 ГПа
Еластиц Модулус	До 600 ГПа
Однос снаге и тежине	Екстремно висока

Због ових карактеристика, угљенична влакна се широко користе као материјал за ојачање у напредним композитним структурама где су висока чврстоћа и мала тежина критичне.

Шта значи 'пластика' у композитним материјалима?

У свакодневној употреби, пластика се обично односи на уобичајене материјале као што су полиетилен, полипропилен или АБС. Ови материјали се широко користе у амбалажи, роби широке потрошње и обликованим производима.

У производњи композита, међутим, реч „пластика“ се обично односи на полимерне смоле које делују као матрични материјал у композиту.

Цоммон смоле које се користе са карбонским влакнима укључују:

Епоксидна смола – широко се користи у ваздухопловству и структурама високих перформанси

Полиестерска смола – обично се користи у поморству и општој примени композита

Винил естарска смола – позната по доброј отпорности на корозију

Термопластичне смоле – користе се у напредним производним процесима

Ове смоле играју неколико битних улога:

Повезивање влакана заједно у чврсту структуру

Преношење оптерећења између појединачних влакана

Штити влакна од влаге, хемикалија и оштећења животне средине

Обезбеђивање коначног облика компоненте

Без смоле, тканине или снопови од угљеничних влакана не би могли да формирају круте структурне делове.

Како карбонска влакна и пластика раде заједно у композитима

Угљенична влакна и смола обављају различите, али комплементарне функције у композитном материјалу.

Сама карбонска влакна су изузетно јака дуж своје дужине, али не могу задржати облик без подршке. Матрица смоле окружује влакна и закључава их на месту, омогућавајући материјалу да делује као једна структурна компонента.

Када се комбинују, формирају полимер ојачан карбонским влакнима, један од најчешће коришћених композитних материјала високих перформанси.

У овој структури:

Карбонска влакна наспрам пластике: кључне разлике

Иако композити од угљеничних влакана садрже полимерну смолу, сама карбонска влакна се суштински разликују од конвенционалних пластичних материјала.

Феатуре	Царбон Фибер	Пластика
Врста материјала	Влакна за ојачање	Полимерни материјал
Снага	Екстремно висока	Умерено
Укоченост	Врло високо	Обично ниже
Тежина	Веома лаган	Светлост
Отпорност на топлоту	Високо	Често ниже
Структурна способност	Одлично	Ограничено

Због ових разлика, композити од угљеничних влакана се користе у апликацијама где обична пластика не може да обезбеди довољне структуралне перформансе.

Зашто се карбонска влакна често погрешно сматрају пластиком

Многи људи претпостављају карбонска влакна су пластична због тога како производи од угљеничних влакана изгледају и како се производе.

Један од разлога је изглед површине. Компоненте од угљеничних влакана често имају глатку, сјајну површину која подсећа на обликовану пластику. Ово је посебно уобичајено у потрошачким производима.

Други разлог је садржај смоле. Пошто се полимерне смоле користе током производње композита, људи понекад претпостављају да је цео материјал пластичан.

Предности композита од угљеничних влакана у поређењу са пластиком

Композити од угљеничних влакана нуде неколико предности у односу на традиционалне пластичне материјале.

Већи однос снаге и тежине

Композити од угљеничних влакана могу да обезбеде знатно већу чврстоћу уз одржавање мале тежине, што је критично у индустријама као што су ваздухопловство и аутомобилско инжењерство.

Боља крутост

Материјали од угљеничних влакана су много чвршћи од већине пластике, што омогућава инжењерима да дизајнирају лагане структуре без прекомерне деформације.

Побољшана отпорност на замор

Композити од угљеничних влакана могу да издрже поновљене циклусе напрезања боље од многих пластичних маса, што их чини погодним за структуралне примене.

Одлична отпорност на корозију

За разлику од метала, композити од угљеничних влакана не рђају и добро се понашају у морским или хемијски агресивним окружењима.

Због ових предности, композити од угљеничних влакана све више замењују традиционалне материјале у инжењерским апликацијама високих перформанси.

Уобичајене примене композита од угљеничних влакана

Захваљујући свом изванредном односу снаге и тежине, композити од угљеничних влакана се широко користе у многим напредним индустријама.

Типичне апликације укључују:

Ваздухопловство

конструкцијске компоненте авиона

сателитске структуре

унутрашњи делови високих перформанси

Аутомотиве

лагани панели каросерије

компоненте шасије перформанси

конструкцијска ојачања

маринац

трупови чамаца

јарболи и структурални ламинати

компоненте отпорне на корозију

УАВ и дронови

лагани оквири

структурне руке

панели високе крутости

Ове индустрије захтевају материјале који комбинују малу тежину, високу чврстоћу и дугорочну издржљивост, чинећи композите од угљеничних влакана идеалним решењем.

Закључак

Карбонска влакна нису врста пластике. То је влакно за ојачање високе чврстоће направљено првенствено од атома угљеника распоређених у кристалну структуру.

Међутим, већина производа од угљеничних влакана комбинује ова влакна са полимерним смолама да би се формирао полимер ојачан карбонским влакнима, композитни материјал који нуди изузетне механичке перформансе.

Комбинујући снагу угљеничних влакана са разноврсношћу полимерних смола, произвођачи могу да креирају лагане, издржљиве компоненте које се користе у индустријама у распону од ваздухопловства и аутомобила до бродског инжењеринга и производње беспилотних летелица.