Cik stiprs ir oglekļa šķiedras audums?

I. Oglekļa šķiedras pamatsastāvs un stiprības bāze
Oglekļa šķiedra ir īpaša šķiedra, kas sastāv no oglekļa elementa. Tas ir izgatavots no mākslīgās ķīmiskās šķiedras ar augstu oglekļa saturu un nekūst termiskās apstrādes laikā, un to ražo tādos procesos kā termiski stabila oksidēšana, karbonizācijas apstrāde un grafitizācija. Tā pamata mikrostruktūra nodrošina izcilas stiprības īpašības.

Oglekļa šķiedras audums parasti ir austs no vairākiem oglekļa šķiedru saišķiem. Katram oglekļa šķiedras monopavedienam ir augsta stiprības un svara attiecība. Viena oglekļa šķiedras pavediena diametrs ir ārkārtīgi mazs, kas ļauj tajā esošajiem oglekļa atomiem efektīvi pārnest spriegumu, kad tas ir pakļauts spriedzei, lai tas varētu izturēt milzīgu spriegumu, nesalaužot. Saskaņā ar attiecīgiem pētījumiem oglekļa šķiedras stiepes izturība var sasniegt 3000-7000MPa, kas ir daudz augstāka nekā daudziem tradicionālajiem būvmateriāliem un metāla materiāliem, piemēram, tēraudam, kura stiepes izturība parasti ir starp 200-2000MPa.

II. Faktori, kas ietekmē oglekļa šķiedras auduma izturību

(I) Ražošanas process
1. Izejvielu kvalitāte
- Oglekļa šķiedras ražošanā izmantotajām izejvielām ir liela ietekme uz gala auduma izturību. Ja sākotnējā ķīmiskās šķiedras izejviela nav pietiekami tīra un satur vairāk piemaisījumu, turpmākajā karbonizācijas un grafitizācijas procesā var rasties defekti. Piemēram, piemaisījumi var iznīcināt kristāla struktūru oglekļa šķiedras iekšpusē, izraisot nevienmērīgu sprieguma pārnesi, tādējādi samazinot auduma kopējo izturību.
2. Aušanas metode
- Izmantojot dažādas aušanas metodes, oglekļa šķiedras audumiem būs atšķirīgas stiprības īpašības. Vienkāršā aušana, sarža pinums un satīna aušana ir izplatītas oglekļa šķiedras audumu aušanas metodes. Vienkāršai aušanai ir stingra struktūra, laba auduma stabilitāte un samērā vienmērīgs stiprības sadalījums visos virzienos; sarža pinums ir salīdzinoši mīkstāks un var izturēt noteiktu bīdes spēku, bet stiprums atsevišķos virzienos var būt nedaudz zemāks nekā vienkāršā pinuma; satīna pinumam ir labāks virsmas gludums, un tas ir piemērots dažiem lietojumiem, kam nepieciešams izskats un šķidruma dinamika, taču tā stiprība var tikt ietekmēta sarežģītos spriedzes apstākļos.

(II) Vides faktori
1. Temperatūra
- Augstas temperatūras vidē oglekļa šķiedras audumu izturība var mainīties. Vispārīgi runājot, noteiktā augstas temperatūras diapazonā oglekļa šķiedras izturība var palikt relatīvi stabila. Taču, temperatūrai pārsniedzot savu kritisko vērtību, var mainīties kristāla struktūra oglekļa šķiedras iekšpusē, piemēram, tiek izjaukts kristālu sakārtotais izvietojums, kā rezultātā samazinās šķiedras stiprība. Gluži pretēji, zemas temperatūras vidē oglekļa šķiedras auduma stiprums var palielināties, bet tas var arī kļūt trauslāks un viegli saplīst, kad tas tiek pakļauts triecienam.
2. Mitrums
- Mitrums ietekmē arī oglekļa šķiedras auduma izturību. Ja oglekļa šķiedras audums ilgstoši atrodas augsta mitruma vidē, ūdens molekulas var iekļūt šķiedrās vai spraugā starp šķiedrām. Tas var izraisīt šķiedras koroziju vai vājināt savienojuma spēku starp šķiedrām, tādējādi samazinot auduma izturību.

III. Oglekļa šķiedras auduma izturība dažādās jomās

(I) Kosmosa lauks
1. Gaisa kuģu konstrukcijas daļas
- Lidmašīnu ražošanā oglekļa šķiedras audumus plaši izmanto, lai ražotu tādas konstrukcijas daļas kā spārni un fizelāžas. Tā kā lidmašīnai ir jāiztur milzīgas aerodinamiskās slodzes, savs svars un dažādi sarežģīti spriegumi, ko izraisa lidojuma pozas izmaiņas lidojuma laikā, oglekļa šķiedras audumu augstās izturības īpašības pilnībā atspoguļojas. Piemēram, Boeing 787 izmanto lielu daudzumu oglekļa šķiedras kompozītmateriālu. Pēc oglekļa šķiedras auduma izmantošanas spārnu struktūrā tas var izturēt dažādus ārkārtējus spriegumus lidojuma laikā, vienlaikus samazinot svaru, nodrošinot drošu lidmašīnas lidojumu.
2. Satelītu komponenti
- Satelīti saskaras ar skarbu vidi kosmosā, piemēram, krasām temperatūras izmaiņām un mikrometeorītu ietekmi. Oglekļa šķiedras audumu izmanto, lai ražotu satelītu konstrukcijas rāmi un dažus galvenos komponentus. Tā augstā izturība var izturēt šo ārējo spēku radītos bojājumus. Oglekļa šķiedras zemā blīvuma dēļ tas palīdz samazināt satelītu svaru un samazināt palaišanas izmaksas.

(II) Automobiļu rūpniecība
1. Korpusa rāmis
- Augstas veiktspējas automašīnās un dažos jaunos enerģijas transportlīdzekļos virsbūves rāmju ražošanai izmanto oglekļa šķiedras audumu. Salīdzinot ar tradicionālajiem tērauda korpusiem, oglekļa šķiedras korpusa rāmjiem ir augstāka stiprības un svara attiecība. Kad automašīna saduras, oglekļa šķiedras virsbūves rāmis var efektīvi absorbēt un izkliedēt enerģiju, lai aizsargātu automašīnā esošo pasažieru drošību. Tajā pašā laikā vieglākais ķermeņa svars palīdz uzlabot arī automašīnas paātrinājuma veiktspēju, vadāmību un degvielas ekonomiju.
2. Detaļu ražošana
- Oglekļa šķiedras audumu izmanto arī dažu galveno automašīnu detaļu, piemēram, piedziņas vārpstu un motora pārsegu, ražošanai. Piedziņas vārpstai ir jāpārraida milzīgs griezes moments lielā ātrumā. Piedziņas vārpsta, kas izgatavota no oglekļa šķiedras auduma, var atbilst izturības prasībām, samazina svaru un samazina rotācijas inerci. Motora pārsegs ir izgatavots no oglekļa šķiedras auduma, kas ir ne tikai pietiekami izturīgs, bet arī var spēlēt siltumizolācijas lomu, vienlaikus samazinot transportlīdzekļa priekšpuses svaru un uzlabojot transportlīdzekļa vadāmības līdzsvaru.

(III) Sporta preču laukums
1. Velosipēda rāmis
- Augstākās klases velosipēdu ražošanā oglekļa šķiedras rāmis ir pirmā izvēle daudziem riteņbraukšanas entuziastiem. Rāmis, kas izgatavots no oglekļa šķiedras auduma, braukšanas laikā var izturēt dažādus slodzes, tostarp braucēja svaru, ceļa nelīdzenumu radīto triecienu utt. Turklāt oglekļa šķiedras rāmi var veidot atbilstoši dažādām braukšanas vajadzībām, kā arī tā izturībai un stingrībai. sadalījumu var pielāgot, lai nodrošinātu vislabāko braukšanas veiktspēju.
2. Golfa nūjas
- Golfa nūjas kātā izmantots oglekļa šķiedras audums, kas var padarīt vārpstu vieglāku un elastīgāku, vienlaikus nodrošinot izturību. Spēlētājam šūpojoties, vārpstai ir jāiztur milzīgi lieces un vērpes spēki. Oglekļa šķiedras nūja var efektīvi pārnest spēlētāja spēku uz bumbu, vienlaikus saglabājot vārpstas stabilitāti, uzlabojot sitiena precizitāti un attālumu.

Oglekļa šķiedras audumiem ir ļoti augsta izturība, un to izturību ietekmē daudzi faktori. Daudzās jomās oglekļa šķiedras audumu augstās izturības īpašības ir pilnībā izmantotas, un, nepārtraukti attīstot ražošanas tehnoloģiju, oglekļa šķiedras audumu izturība un veiktspēja joprojām uzlabojas, un ir paredzams, ka tam būs svarīga loma vairākās jomās. .