Mis on süsinikkiudmaterjalide kasutusala?

Süsinikkiudmaterjale, millel on sellised silmapaistvad omadused nagu kõrge tugevus, madal tihedus, korrosioonikindlus, kõrge temperatuurikindlus ja väsimuskindlus, on laialdaselt kasutatud erinevates valdkondades, sealhulgas lennunduses, transpordis, tööstuslikus tootmises ning spordis ja vaba aja veetmises. Nende rakendusi saab klassifitseerida põhirakenduste stsenaariumide järgi, mis hõlmavad kogu vahemikku tipptehnoloogiast -tarbijatele:

 

I.Lennundusvaldkond: ülima kerguse ja töökindluse poole püüdlemine

Lennundus on süsinikkiudmaterjalide tipptasemel-põhirakenduste stsenaarium, kus materjali tugevusele, temperatuuritaluvusele ja kaalu vähendamise mõjule esitatakse äärmiselt kõrged nõuded. See võib oluliselt vähendada õhusõidukite energiatarbimist ja suurendada nende kandevõimet-.

 

1. Lennuki tootmine:

• Lennuki kere / tiivastruktuurid: kasutatakse tiivakatete, kerepaneelide ja muude kriitiliste komponentide valmistamisel, vähendades kaalu 20–30% võrreldes traditsiooniliste alumiiniumisulamitega ja vähendades oluliselt kütusekulu.

• Sisemised komponendid: istmeraamid, pakiraamid, salongiuksed jne, mis tasakaalustavad kerget ja löögikindlust.

 

2. Kosmoselaevad / raketid:

• Satelliidid / raketid: satelliitide põhikonstruktsioonid, raketimootori düüsid, kütusepaagid (nt SpaceXi Falconi rakettide osad), mis on võimelised taluma äärmuslikke temperatuuride erinevusi ruumis (-200 kuni 1000 kraadi) ja tugevat kiirgust.

• Raketid / droonid: rakettide kered, droonide kered ja tiivad, mis parandavad manööverdusvõimet ja lennuulatust.

 

II. Transpordivaldkond: jõudluse ja ökonoomsuse tasakaalustamine

Transpordivaldkond on süsinikkiudmaterjalide tsiviilreklaami põhistsenaarium, kusjuures põhinõudluseks on "kaalu vähendamine ja energiasäästmine", võttes samal ajal arvesse ka ohutust ja kulude kontrolli. Nüüd on see laienenud tipptasemel-sõidukitelt kesk-sõidukitele ja raudteetranspordile.

1. Autode tootmine:

• Kvaliteetsed-/uued energiasõidukid: kereraamid, šassii komponendid (vedrustushoovad, veovõllid), akukorpused (parandavad löögikindlust ja kerget kaalu, pikendavad aku kasutusiga), vähendavad kaalu võrreldes terasega 40–60%, mis võib suurendada uute energiasõidukite valikut 10–15%.

• Võidusõidu-/supersportautod: F1 autode monokokkkered, roolirattad, aerodünaamilised komplektid (tagatiivad, difuusorid), mis taotlevad ülimat kerget kiirendamist ja juhitavust.

 

2. Raudteetransport:

• Kiirraudtee/metroo{0}}: auto kered, sisemised komponendid (istmed, põrandad), vähendades kaalu, vähendades samal ajal rööbastee kulumist ja energiatarbimist ning parandades tööstabiilsust.

 

3. Laevad/jahid:

• Suure -jõudlusega jahid: kered, tekid, mis vähendavad kaalu üle 30% võrreldes klaaskiuga (FRP), suurendavad kiirust ja kütusesäästlikkust ning on korrosioonikindlad- (saab kasutada merevees pikka aega ilma sagedase hoolduseta).

• Spetsiaalsed laevad: survekindlad-kestad süvamere uurimiseks{1}}aevatavatele allalustele, kered sõjaväe kiirpaatide jaoks, mis tasakaalustavad tugevust ja kerget kaalu.https://www.jiutaimould.net/

 

III,Tööstus- ja energiavaldkond: keskendumine ilmastikukindlusele ja vastupidavusele

Tööstuslikes stsenaariumides kasutatakse süsinikkiudmaterjale peamiselt traditsiooniliste metallide (teras, alumiinium) või plastide asendamiseks, rahuldades vajadust "kõrge tugevuse + korrosioonikindluse / kõrge temperatuurikindluse" järele, mis sobib eriti karmides töötingimustes.

1. Energiavarustus:

• Tuuleturbiinide labad: suurte{0}}tuulikute (ühe-üksuse võimsusega üle 5 MW) labade pikkus ületab sageli 60 meetrit. Süsinikkiust komposiitmaterjalid võivad vähendada tera kaalu 20–30% võrreldes klaaskiuga, parandades tuuleenergia püüdmise tõhusust ning on vastupidavad tuuleliivale ja UV-kiirgusele.

• Nafta ja gaasi ammutamine: puurtorud ja naftajuhtmed avamere naftapuurimisplatvormide jaoks, mida saab kasutada pikaajaliselt kõrgel-temperatuuril (üle 200 kraadi), kõrgel-rõhul ja tugevalt söövitavas (väävlit-sisaldavad 3-kordse toornafta) keskkonnas kui traditsioonilises terasest 5-kordse elueaga.

 

2. Masinad ja seadmed:

• Robotid: kergekaalulised tööstusrobotite käed ja liigeste komponendid võivad parandada liikumise täpsust ja reageerimiskiirust (koostöörobotite puhul, mis peavad tasakaalustama jõudu ja paindlikkust, on süsinikkiust komponendid põhiline valik). • Vormid/tööriistad: ülitäpsed survevaluvormid,{1}}konveierirajad automatiseeritud tootmisliinide jaoks, kõrge temperatuuritaluvusega (taluvad vormitemperatuurile üle 300 kraadi) ja madala soojuspaisumise koefitsiendiga, mis tagab töötlemise täpsuse.

 

3. Ehitus ja infrastruktuur:

• Sillad / hoonete tugevdamine: vanade sildade, kõrghoonete sambad, mis on tugevdatud süsinikkiudkangaga, võivad algset konstruktsiooni kahjustamata suurendada kandevõimet (80% kaalulangus võrreldes traditsioonilise terasplaadi tugevdusega, 50% ehituse tõhususe paranemine).

• Spetsiaalsed konstruktsioonid: suurte{0}}ulatuskohtade katuse tugitalad, läbipaistvad vaateplatvormid (nt klaasist kõnniteede{1}}kandvad karkassid), mis tasakaalustavad tugevust ja visuaalset kergust.

 

IV. Spordi- ja vabaaja valdkond: isikupärastamine ja jõudluse parandamine

Spordivarustus on kõige tsiviilotstarbelisem{0}}süsinikkiudmaterjalide rakendus, mille põhinõuded on "kergekaal + kohandamine", mis aitab sportlastel parandada oma võistlussooritust, täites samal ajal tarbijate kvaliteedinõudeid.

1. Tipptasemel-spordivarustus:

• Pallimängud: tennise ja sulgpalli reketid (süsinikkiust raamid on alumiiniumisulamist kergemad ja elastsemad, löögijõu ülekandmisel on suurem efektiivsus), golfikeppide varred (kerge kaal suurendab löögikiirust ja löögikaugust).

• Rattasõit/suusatamine: süsinikkiust jalgrattaraamid (30% kergemad kui alumiiniumsulamist, parema põrutussummutusvõimega, mugavamad pikkadeks sõitudeks), suusalauad/suusakepid (kerge kaal suurendab juhtimise paindlikkust ja talub madalat{1}}temperatuuri).

• Veesport: lauad surfamiseks ja aerulauaga sõitmiseks (süsinikkiudplaadid on tugevad ja sitked, taluvad laine mõjusid ja neil on stabiilsem ujuvus kui traditsioonilistel materjalidel).

 

2. Välis- ja olmeelektroonika:

• Välisvarustus: matkakepid, telgiraamid (süsinikkiudraamid kaaluvad ainult poole vähem kui alumiiniumsulamist, kuid on kaks korda tugevamad, hõlpsasti kaasaskantavad).

• Elektroonilised tarvikud: sülearvutite kestad (nagu mõnede tipptasemel ärisülearvutite süsinikkiust A-küljed, mis vähendavad kaalu ja suurendavad kukkumiskindlust), telefoniümbrised (kerged, õhukesed, kriimustuskindlad, tasakaalustavad ja kaitsevad).

 

V.Meditsiini ja tervise valdkond: biosobivus ja täpsus

Meditsiinivaldkonnas on äärmiselt kõrged nõuded materjalide bioloogilisele ohutusele ja stabiilsusele. Süsinikkiudmaterjalid on oma "mitte-toksilisuse, korrosioonikindluse ja pildiuuringuid häirimata" (nt CT, MRI) tõttu ideaalsed valikud meditsiiniseadmete ja implantaatide jaoks.

1. Meditsiiniseadmed:

• Diagnostilised instrumendid: CT-masinate ja MRI-seadmete alusplaadid (süsinikkiust alusplaadid ei sisalda metallkomponente, ei sega magnetvälju ega röntgenikiirgust, tagades selge kujutise), kirurgiliste robotite mehaanilised käed (kerged + ülitäpsed, abistavad arste minimaalselt invasiivsetel operatsioonidel).

 

2. Implantaadi seadmed:

• Ortopeedilised implantaadid: tehisliigesed (näiteks põlve- ja puusaliigeste varred), luumurdude fikseerimise plaadid (süsinikkiudimplantaatide tihedus on inimese luudele lähedane, vähendades "stressivarjestust" ja soodustades luude paranemist ning nende eemaldamiseks ei ole vaja sekundaarset operatsiooni).

• Taastusseadmed: ratastooliraamid (50% kergemad kui terastorust ratastoolid, hõlbustades patsientide iseseisvat liikumist), proteesid (süsinikkiust proteesiga jäsemed kaaluvad vaid ühe-kolmandiku traditsioonilistest proteesidest ja nende elastsus on sarnane inimese luudele, mille tulemuseks on loomulikum kõnnak).