Millised on komposiitmaterjalide rakendusväljad?

Komposiidid, millel on oma tunnused kerge raskuse, kõrge tugevuse, korrosioonikindluse ja paindliku disainiga, on tunginud mitu tööstus- ja tsiviilsektorit. Järgmised on peamised rakenduse stsenaariumid ja tüüpilised juhtumid:

1. lennundussektor

Põhinõuded: äärmuslik kaalu vähendamine, kõrge tugevus, vastupidavus äärmuslikele keskkondadele

Lennukite tootmine: peamised konstruktsioonikomponendid nagu kere, tiivad ja sabatiivad (näiteks Coeing 787 õhusõidukite komposiitmaterjali sisaldus on 50%ja Airbus A350-s on see 53%) vähendab kaalu vähendamine kütusekulu 15–20%; Mootori labad, salongi sisekomponendid (näiteks vaheseinad, istmeraamid), võttes arvesse nii kõrge temperatuuri vastupidavust kui ka kerget.

Lennundusseadmed: satelliitkestad, rakettkeha kütusepaagid (süsinikkiust tugevdatud vaigu maatriksi komposiidid), mis on võimelised taluma temperatuuri kõikumisi - 200 kraadi kuni 1000 kraadi; Kosmosejaama sõrestikkonstruktsioon peab säilitama jäikuse pikaajalises kosmosekiirguse keskkonnas.

 

2. autotööstus ja uus energiasõidukite tööstus

Põhinõuded: kergekaaluline vahemiku / energiatõhususe, ohutuse ja lennuõnnetuste takistuse, vibratsiooni ja müra vähendamiseks

Traditsioonilised sõidukid: eesmised kaitserauad, uksemoodulid, šassii komponendid (näiteks süsinikkiust tugevdatud PP komposiidid), kaalu vähendamine 30–50%, vähendab kütusekulu; Mootori kapuuts, katusekatted (klaaskiuduga tugevdatud polüuretaan), tasakaalutugevus ja heli isolatsioon.

Uued energiasõidukid: aku kestad (süsinikkiu/alumiiniumsulamist komposiitstruktuur), kergekaaluline, ennetades torkeid ja tuleohtlikkust; Sõidukiraamid (süsinikkiust tugevdatud epoksüvaik), näiteks Tesla Roadsteri sõiduki kere vähendab kaalu ja ulatust umbes 10% pärast järgnevat kaalu vähendamist.

3. uus energiaväli

Põhinõuded: suur suurus, väsimuskindlus, ilmatakistus

Tuule võimsus: tuuleturbiini labad (klaaskiudude/süsinikkiududega tugevdatud epoksüvaik), pikkus kuni 120 meetrini, kergekaaluline vähendab seadme koormust ja parandab elektritootmise efektiivsust 10–15%; Mootori lehmad (komposiitmaterjalid), vastupidavad liivale ja ultraviolettvanusele.

Fotogalvaaniline/ energia ladustamine: päikeseklamber (FRP klaaskiuduga tugevdatud plastik), vastupidav soola ja leelise korrosioonile (eriti rannikuäärsetes elektrijaamades); Energiahoidla aku kestad (komposiitmaterjalid), isoleerimine, leek - aeglustuvad ja kerged.

4. meretehnika

Põhinõuded: vastupidavus merevee korrosioonile, tuulelaine mõju

Laevade tootmine: FRP (klaaskiuduga tugevdatud plast) kalapaadid, jaht, jahid, kergemad kui teraslaevad 40%, parandab kiirust ja vähendab hoolduskulusid 60%; Deep - Sea submeerib survekered (süsinikkiuga tugevdatud metalli maatriksikomposiidid), mis on võimelised taluma üle 10 000 meetri sügavusega merre.

Mererajatised: allveelaevade torustikud (FRP komposiittorud), vastupidavad korrosioonile toornafta /merevee transportimisel; Avamere tuule vundamendihunnikud (komposiitmaterjalid, mis on kaetud terasest vaiadega), terase eraldamine merevee erosioonist.

 

5. ehitus- ja tsiviilehitus

Põhinõuded: korrosioonikindlus, pikk eluiga, seismiline vastupanu

Sild ja hooned: FRP (klaaskiuduga tugevdatud plastik) laeva sildumisliinid, vahetades terasjooned rooste vastu (näiteks Shanghai Lupu silla mõned sildumisliinid); FRP -ribad (klaaskiuduga tugevdatud plastvardad), mida kasutatakse soolalahuse - leelisealade ja rannikualade betoonkonstruktsioonides, et vältida roostes terasest põhjustatud pragunemist.

Spetsiaalsed hooned: suur - staadionite katus (näiteks Pekingi Daxingi lennujaama terminali hoone katus, klaaskiududega tugevdatud PTFE membraanimaterjal), kerge ja läbipaistev, tugev tuulekoormuste suhtes.

 

6. raudteevedu

Põhinõuded: Kiiruse suurendamiseks, müra vähendamine, löögikindlus

Kõrge - kiirusraudtee / metroo: kere seelikupaneelid, katuse deflektori katted (klaaskiuduga tugevdatud küllastumata polüester), kaalu langus 20% - 30%, et vähendada energiatarbimist; Sisekomponendid (nagu istmed, seinapaneelid, komposiidid), leek - aeglustuvad ja šokkide absorbeerimise, parandades reisijate mugavust.

Maglevi rong: sõiduki kere struktuur (süsinikkiust komposiidid), veelgi kergekaaluline, et kohaneda kõrge - kiiruseoperatsiooniga (kiirus üle 600 kilomeetri tunnis).

 

7. Meditsiiniseadmed ja rehabilitatsiooniseadmete põhinõuded: Kerge, biosobivus, isikupärastatud kohanemine

Proteesimine ja ortomaatika: süsinikkiust komposiitproteesid, kaaludes ainult 1/3 teraseproteesimist, elastsusega inimeste luude lähedal, vähendades kasutajate väsimust; Lülisamba parandused (klaaskiuduga tugevdatud vanus), sobivad inimkeha kõveraga ja hingavad.

Meditsiiniseadmed: CT -masinad, MRI -seadmed kestad (komposiitmaterjalid), kiirgus - tõend ja hõlpsasti puhastatav; Kirurgilise instrumendi käepidemed (süsinikkiuga tugevdatud piilumine), kerge ja mitte - libisemine.

 

8. Spordi- ja vabaajatooted

Põhinõuded: kõrge elastsus, kerge, vastupidavus

Spordivarustus: tennisereketid, sulgpallireketid (süsinikkiust komposiitmaterjalid), palli elastsuse löömine suurenes 20%; Jalgrattaraamid (süsinikkiuga tugevdatud vanus), kaaludes ainult 1 - 1,5 kg, jäikus parem kui alumiiniumsulam; Suusalauad, surfilauad (klaaskiud komposiitmaterjalid), šokikindel ja hõlpsasti kujundatavad.

9. Kaitse- ja sõjatööstus

Põhinõuded: Stealth, anti - laskmine, vastupidavus ekstreemsetele tingimustele

Relvakujundusseadmed: paagi komposiitoomus (keraamika / metalli / kiudaine komposiitmaterjalid), kaal 50% heledam kui terasest soomus, anti - soomuste läbitungimisvõime suurenenud; Raketi kestad (süsinikkiust tugevdatud epoksü), vähendades kaalu suurendamiseks.

Varjatud seadmed: lennukite kere (absorbeerivad komposiitmaterjalid), näiteks F-22 ja J-20 tiivad ja sabad, vähendades radari peegeldusala; Laeva pealisehitused (komposiitmaterjalid), vähendades elektromagnetilist signaali peegeldust.

 

10. Kemikaalid ja torujuhtmetehnika

Põhinõuded: resistentsus happe- ja leelise korrosioon, madal hooldus

Keemilised torujuhtmed: FRP -torustikud, mis transpordivad tugevaid söövitavaid söödeid, näiteks väävelhapet ja vesinikkloriidhapet, eluiga 3 - 5 korda suurem kui metalli torustikud; Ladustamismahutid (komposiitmaterjalid), mida kasutatakse keemiliste toorainete hoidmiseks, pole vaja korrosioonivastaseid katteid.

Komposiitmaterjalide rakendamine on levinud kõrgelt - lõpptööstusest (näiteks lennundus- ja sõjaväelasest) tsiviilsektorisse (näiteks autode ja spordikaupade). Selle funktsioon "jõudluse kohandamine" juhib erinevaid tööstusharusid suurema tõhususe, suurema energiakaitse ja pikema eluea poole.