Włókno węglowe Wzmocnione kompozyty polimerowe (CFRP) to lekkie, mocne materiały stosowane w produkcji wielu produktów używanych w naszym codziennym życiu. Jest to termin używany do opisania wzmocnionego włóknem materiał kompozytowy który wykorzystuje włókno węglowe jako główny element konstrukcyjny. Należy zauważyć, że „P” w CFRP może również oznaczać „plastik” zamiast „polimer”.
Zasadniczo w kompozytach CFRP stosuje się żywice termoutwardzalne, takie jak żywica epoksydowa, poliester lub ester winylowy. Mimo że żywice termoplastyczne są stosowane w kompozytach CFRP, „kompozyty termoplastyczne wzmocnione włóknem węglowym” często mają własny akronim, kompozyty CFRTP.
Podczas pracy z kompozytami lub w branży kompozytów ważne jest, aby zrozumieć warunki i akronimy. Co ważniejsze, konieczne jest zrozumienie właściwości kompozytów FRP oraz możliwości różnych wzmocnień, takich jak włókno węglowe.
Właściwości kompozytów CFRP
Materiały kompozytowe wzmocnione włóknem węglowym różnią się od innych kompozytów FRP przy użyciu tradycyjnych materiałów, takich jak włókno szklane lub
włókno aramidowe. Korzystne właściwości kompozytów CFRP obejmują:Lekki Tradycyjny kompozyt wzmocniony włóknem szklanym przy użyciu ciągłego włókna szklanego z włóknem 70% szkła (masa szkła / masa całkowita), zwykle ma gęstość 0,065 funta na cal sześcienny.
Tymczasem kompozyt CFRP o tej samej 70% masie włókien może zwykle mieć gęstość 0,055 funta na cal sześcienny.
Zwiększona siła: Kompozyty z włókna węglowego są nie tylko lżejsze, ale również kompozyty CFRP są znacznie mocniejsze i sztywniejsze na jednostkę masy. Jest to prawdą, porównując kompozyty z włókna węglowego z włóknem szklanym, ale jeszcze bardziej w porównaniu z metalami.
Na przykład, przyzwoitą zasadą przy porównywaniu stali do kompozytów CFRP jest to, że struktura włókna węglowego o równej wytrzymałości często waży 1/5 wartości stali. Możesz sobie wyobrazić, dlaczego firmy motoryzacyjne badają użycie włókna węglowego zamiast stali.
Porównując kompozyty CFRP z aluminium, jednym z najlżejszych użytych metali, przyjmuje się standardowe założenie że aluminiowa struktura o równej wytrzymałości prawdopodobnie waży 1,5 raza więcej niż włókno węglowe Struktura.
Oczywiście istnieje wiele zmiennych, które mogą zmienić to porównanie. Gatunek i jakość materiałów mogą być różne, aw przypadku kompozytów - proces produkcji, architekturę światłowodów i jakość należy wziąć pod uwagę.
Wady kompozytów CFRP
Koszt: Chociaż jest to niesamowity materiał, istnieje powód, dla którego włókno węglowe nie jest stosowane w każdym zastosowaniu. Obecnie kompozyty CFRP są w wielu przypadkach nieopłacalne. W zależności od aktualnych warunków rynkowych (podaż i popyt), rodzaj włókna węglowego (kosmonautyka vs. klasy komercyjnej), a także rozmiar kabla światłowodowego, cena włókna węglowego może się znacznie różnić.
Surowe włókno węglowe w stosunku do ceny za funt może być gdziekolwiek od 5 do 25 razy droższe niż włókno szklane. Ta rozbieżność jest jeszcze większa w porównaniu z kompozytami ze stali CFRP.
Przewodność: Może to być zarówno zaletą dla kompozytów z włókna węglowego, jak i wadą w zależności od zastosowania. Włókno węglowe jest wyjątkowo przewodzące, a włókno szklane ma właściwości izolacyjne. Wiele aplikacje wykorzystują włókno szklanei nie może używać włókna węglowego ani metalu, wyłącznie ze względu na przewodnictwo.
Na przykład w branży użyteczności publicznej wiele produktów wymaga użycia włókien szklanych. Jest to również jeden z powodów, dla których drabiny wykorzystują włókno szklane jako szyny drabinowe. Jeśli drabina z włókna szklanego zetknie się z linią energetyczną, szanse na porażenie prądem są znacznie niższe. Nie byłoby tak w przypadku drabiny CFRP.
Chociaż koszt kompozytów CFRP nadal pozostaje wysoki, nowe postępy technologiczne w produkcji nadal pozwalają na bardziej opłacalne produkty. Mamy nadzieję, że za naszego życia będziemy w stanie zobaczyć opłacalne włókno węglowe stosowane w szerokim zakresie zastosowań konsumenckich, przemysłowych i motoryzacyjnych.