1. Descripción general de los materiales compuestos de fibra de carbono
En la familia de materiales compuestos, los materiales reforzados con fibra siempre han sido el foco de atención. Desde la llegada de la fibra de vidrio combinada con resina orgánica, se han desarrollado con éxito materiales compuestos reforzados con fibra de carbono, fibra cerámica y fibra de boro y su rendimiento se ha mejorado continuamente, lo que hace que el campo de los materiales compuestos muestre una gran vitalidad. Echemos un vistazo al exclusivo material compuesto de fibra de carbono.
2. Estructura del material compuesto de fibra de carbono
La fibra de carbono es una fibra especial compuesta principalmente por elementos de carbono. Su contenido de carbono varía según los diferentes tipos, generalmente por encima del 90%. La fibra de carbono tiene las características de los materiales de carbono ordinarios, como resistencia a altas temperaturas, resistencia a la fricción, conductividad eléctrica, conductividad térmica, resistencia a la corrosión, etc. Pero a diferencia de los materiales de carbono ordinarios, su forma es obviamente anisotrópica, suave, puede procesarse en varios tejidos y exhibe una alta resistencia a lo largo del eje de la fibra. La fibra de carbono tiene un peso específico bajo, por lo que su resistencia específica es alta.
La fibra de carbono está hecha de fibra química sintética con un alto contenido de carbono que no se funde durante el tratamiento térmico y se produce mediante un tratamiento de oxidación térmica estable, un tratamiento de carbonización y un tratamiento de grafitización.
La fibra de carbono es un material nuevo con excelentes propiedades mecánicas y su gravedad específica es inferior a 1/4 del acero. La resistencia a la tracción de los materiales compuestos de resina de fibra de carbono es generalmente superior a 3500 Mpa, que es de 7 a 9 veces mayor que la del acero, y el módulo elástico a la tracción es de 23000 a 43000 Mpa, que también es mayor que el del acero. Por lo tanto, la resistencia específica del CFRP, es decir, la relación entre la resistencia del material y la densidad, puede alcanzar más de 2000 Mpa/(g/cm3), mientras que la resistencia específica del acero A3 es sólo de aproximadamente 59 Mpa/(g/cm3), y su módulo específico también es mayor que el del acero.
En tercer lugar, utilice materiales compuestos de fibra de carbono.
El objetivo principal de la fibra de carbono es combinarla con resina, metal, cerámica y otras matrices para fabricar materiales estructurales. Los indicadores integrales, como la resistencia específica y el módulo específico de los materiales compuestos de resina epoxi reforzada con fibra de carbono, son los más altos entre los materiales estructurales existentes. Los materiales compuestos de fibra de carbono tienen ventajas en áreas con requisitos estrictos de densidad, rigidez, peso, propiedades de fatiga, etc., así como en situaciones donde se requieren altas temperaturas y alta estabilidad química.
La fibra de carbono se produjo a principios de la década de 1950 para satisfacer las necesidades de tecnologías avanzadas como las de cohetes, la aeroespacial y la aviación. Ahora se utiliza ampliamente en equipos deportivos, textiles, maquinaria química, medicina y otros campos. Dado que la tecnología de vanguardia exige requisitos de rendimiento técnico cada vez más estrictos para los nuevos materiales, los trabajadores científicos y tecnológicos se esfuerzan constantemente por mejorarlos. A principios de la década de 1980, aparecieron una tras otra fibras de carbono de alto rendimiento y ultraalto rendimiento, lo que supuso otro salto tecnológico y también marcó la entrada a una etapa avanzada de investigación y producción de fibra de carbono.
Los materiales compuestos de fibra de carbono/resina epoxi se han convertido en materiales aeroespaciales avanzados debido a su pequeña gravedad específica, buena rigidez y alta resistencia. Porque por cada kg que se reduce el peso del transbordador espacial, el vehículo de lanzamiento se puede reducir en 500 kg. Por lo tanto, en la industria aeroespacial se utilizan materiales compuestos avanzados. Hay un avión de combate de despegue y aterrizaje vertical que utiliza materiales compuestos de fibra de carbono que representan 1/4 del peso de todo el avión y 1/3 del peso de las alas. Se informa que los componentes clave de los tres tubos de propulsión de cohetes y de lanzamiento avanzado de misiles MX del transbordador espacial estadounidense están hechos de materiales compuestos avanzados de fibra de carbono.
En la actualidad, la mayor parte de la estructura de la carrocería de la F1 (Campeonato Mundial de Fórmula Uno) está fabricada en fibra de carbono. Uno de los puntos de venta de los mejores autos deportivos es el uso de fibra de carbono en toda la carrocería para mejorar la aerodinámica y la resistencia estructural.
La fibra de carbono se puede transformar en telas, fieltros, esteras, cintas, papel y otros materiales. En el uso tradicional, la fibra de carbono no se usa sola, además de usarse como material de aislamiento térmico, sino que a menudo se agrega a resina, metal, cerámica, concreto y otros materiales como refuerzo para formar materiales compuestos. Los materiales compuestos reforzados con fibra de carbono se pueden utilizar como materiales estructurales de aviones, materiales de protección electromagnética, ligamentos artificiales y otros materiales de reemplazo de carrocerías. También se pueden utilizar para fabricar carcasas de cohetes, lanchas a motor, robots industriales, ballestas de automóviles y ejes de transmisión.
IV. Ventajas de los materiales compuestos de fibra de carbono
1. Alta resistencia (5 veces mayor que la del acero)
2. Excelente resistencia al calor (puede soportar 2000 ℃). Alta temperatura arriba)
3. Excelente resistencia al choque térmico
4. Bajo coeficiente de expansión térmica (pequeña deformación)
5.
6. Gravedad específica baja (1/5 del acero)
7. Excelente resistencia a la corrosión y rendimiento contra la radiación.
Los materiales compuestos de fibra de carbono se utilizan ampliamente y tienen muchas ventajas. Creo que a través de la lectura anterior, podrás comprenderlos un poco. Para obtener más información, preste atención a Decoración Tubatu.
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