Què tan fort és el teixit de fibra de carboni?

I. Composició bàsica i base de resistència de la fibra de carboni
La fibra de carboni és una fibra especial composta per un element de carboni. Està fet de fibra química artificial amb alt contingut de carboni i no es fon durant el tractament tèrmic, i es fa mitjançant processos com ara el tractament d'oxidació termoestable, el tractament de carbonització i la grafitització. La seva microestructura bàsica li confereix unes excel·lents característiques de resistència.

El teixit de fibra de carboni normalment es teixeix a partir de múltiples paquets de fibres de carboni. Cada monofilament de fibra de carboni té una alta relació resistència-pes. El diàmetre d'un sol filament de fibra de carboni és extremadament petit, la qual cosa permet que els àtoms de carboni de l'interior transfereixin de manera eficient l'estrès quan està sotmès a tensió, de manera que pugui suportar una gran tensió sense trencar-se. Segons investigacions rellevants, la resistència a la tracció de la fibra de carboni pot arribar a 3000-7000MPa, que és molt superior a molts materials de construcció tradicionals i materials metàl·lics, com l'acer, la resistència a la tracció del qual sol estar entre 200-2000MPa.

II. Factors que afecten la resistència del teixit de fibra de carboni

(I) Procés de fabricació
1. Qualitat de la matèria primera
- Les matèries primeres utilitzades per fabricar la fibra de carboni tenen una influència important en la resistència del teixit final. Si la matèria primera de fibra química inicial no és prou pura i conté més impureses, es poden produir defectes en el procés de carbonització i grafitització posterior. Per exemple, les impureses poden destruir l'estructura de cristall dins de la fibra de carboni, provocant una transferència desigual d'estrès, reduint així la resistència general del teixit.
2. Mètode de teixit
- Els diferents mètodes de teixit faran que els teixits de fibra de carboni mostrin diferents característiques de resistència. El teixit llis, el teixit de sarja i el teixit de setí són mètodes habituals de teixit de fibra de carboni. La tela plana té una estructura ajustada, una bona estabilitat del teixit i una distribució de força relativament uniforme en totes les direccions; El teixit de sarga és relativament més suau i pot suportar una certa força de tall, però la força en algunes direccions pot ser lleugerament inferior a la del teixit llis; El teixit setinat té una millor suavitat superficial i és adequat per a algunes aplicacions que requereixen aspecte i dinàmica de fluids, però la seva resistència es pot veure afectada en condicions d'estrès complexes.

(II) Factors ambientals
1. Temperatura
- En entorns d'alta temperatura, la resistència dels teixits de fibra de carboni pot canviar. En termes generals, dins d'un cert rang de temperatura elevat, la força de la fibra de carboni pot romandre relativament estable. Tanmateix, quan la temperatura supera el seu valor crític, l'estructura cristal·lina dins de la fibra de carboni pot canviar, com ara la disposició ordenada dels cristalls s'interromp, donant lloc a una disminució de la força de la fibra. Per contra, en un entorn de baixa temperatura, la resistència del teixit de fibra de carboni pot augmentar, però també pot tornar-se més trencadissa i fàcil de trencar quan s'impacta.
2. Humitat
- La humitat també afecta la resistència del teixit de fibra de carboni. Si el teixit de fibra de carboni es troba en un entorn d'alta humitat durant molt de temps, les molècules d'aigua poden penetrar a la fibra o al buit entre les fibres. Això pot provocar corrosió de la fibra o debilitar la força d'unió entre les fibres, reduint així la resistència del teixit.

III. Força del teixit de fibra de carboni en diferents camps

(I) Àmbit aeroespacial
1. Parts estructurals d'aeronaus
- En la fabricació d'avions, els teixits de fibra de carboni s'utilitzen àmpliament per fabricar peces estructurals com ales i fuselatges. Com que l'avió ha de suportar grans càrregues aerodinàmiques, el seu propi pes i diverses tensions complexes causades pels canvis en la postura del vol durant el vol, les característiques d'alta resistència dels teixits de fibra de carboni es reflecteixen plenament. Per exemple, el Boeing 787 utilitza una gran quantitat de materials compostos de fibra de carboni. Després d'utilitzar teixit de fibra de carboni a l'estructura de l'ala, pot suportar diverses tensions extremes en vol alhora que redueix el pes, assegurant el vol segur de l'avió.
2. Components del satèl·lit
- Els satèl·lits s'enfronten a entorns durs a l'espai, com ara canvis dràstics de temperatura i impactes dels micrometeorits. El teixit de fibra de carboni s'utilitza per fabricar el marc estructural i alguns components clau dels satèl·lits. La seva alta resistència pot resistir el dany d'aquestes forces externes. I a causa de la baixa densitat de fibra de carboni, ajuda a reduir el pes dels satèl·lits i reduir els costos de llançament.

(II) Indústria de l'Automòbil
1. Marc corporal
- En els cotxes d'alt rendiment i alguns vehicles d'energia nova, s'utilitza teixit de fibra de carboni per fabricar bastidors de carrosseria. En comparació amb els cossos d'acer tradicionals, els marcs del cos de fibra de carboni tenen una relació força-pes més alta. Quan un cotxe xoca, el marc de la carrosseria de fibra de carboni pot absorbir i dispersar l'energia de manera efectiva per protegir la seguretat dels passatgers del cotxe. Al mateix temps, el pes corporal més lleuger també ajuda a millorar el rendiment d'acceleració, el rendiment de maneig i l'economia de combustible del cotxe.
2. Fabricació de peces
- El teixit de fibra de carboni també s'utilitza per fabricar algunes peces clau dels automòbils, com ara eixos de transmissió i capó del motor. L'eix de transmissió ha de transmetre un gran parell a alta velocitat de rotació. L'eix motriu fet de teixit de fibra de carboni pot complir els requisits de resistència, reduir el pes i reduir la inèrcia de rotació. El capó del motor està fet de teixit de fibra de carboni, que no només és prou fort, sinó que també pot tenir un paper en l'aïllament tèrmic, alhora que redueix el pes de la part davantera del vehicle i millora l'equilibri de maneig del vehicle.

(III) Camp d'articles esportius
1. Marc de bicicleta
- En la fabricació de bicicletes de gamma alta, el marc de fibra de carboni és la primera opció per a molts entusiastes del ciclisme. El marc fet de teixit de fibra de carboni pot suportar diverses tensions durant la conducció, inclòs el pes del genet, l'impacte causat pels cops de la carretera, etc. A més, el marc de fibra de carboni es pot dissenyar segons les diferents necessitats de conducció i la seva força i rigidesa. La distribució es pot ajustar per oferir el millor rendiment de conducció.
2. Pals de golf
- L'eix del pal de golf utilitza un teixit de fibra de carboni, que pot fer que l'eix sigui més lleuger i flexible alhora que garanteix la resistència. Quan el jugador es balanceja, l'eix ha de suportar grans forces de flexió i torsió. El club de fibra de carboni pot transferir eficaçment el poder del jugador a la pilota mentre manté l'estabilitat de l'eix, millorant la precisió i la distància del tir.

Els teixits de fibra de carboni tenen una resistència molt alta i la seva resistència es veu afectada per molts factors. En molts camps, les característiques d'alta resistència dels teixits de fibra de carboni s'han utilitzat completament, i amb el desenvolupament continu de la tecnologia de fabricació, la força i el rendiment dels teixits de fibra de carboni encara milloren, i s'espera que tingui un paper important en més camps. .