Пластик, армированный углеродным волокном (CFRP)

углепластик

Пластмассы, армированные углеродным волокном (CFRP), уже давно используются в высокопроизводительных гоночных автомобилях. Однако стоимость, а также время изготовления компонентов сделали углепластик неприемлемым для потребительских приложений. Но это меняется.

Прочный и легкий

Детали из армированного углеродом пластика могут поглощать в двенадцать раз больше энергии, чем сталь, что повышает безопасность. Углепластик в пятьдесят раз легче стали и в тридцать раз легче алюминия, что делает построенный из него автомобиль значительно более экономичным. Таким образом снижаются выбросы парниковых газов. BMW делает ставку на «пассажирский отсек» в своих автомобилях i8 и i3, преодолевая разрыв между гоночными автомобилями формулы 1 и потребительскими автомобилями высокого класса.

50 миль на галлон к 2025 году

Стандарты, установленные Национальным управлением безопасности дорожного движения и дорожного движения совместно с Агентством по охране окружающей среды США, требуют, чтобы к 2025 году автомобили проезжали более 50 миль на галлон.

Быстрое время цикла

Короткое время цикла и предсказуемая прочность необходимы, чтобы сделать углепластик подходящим для автомобильных компонентов. К этим деталям относятся не только такие детали, как панели, ограждения бампера и приборные панели, но и детали под капотом. А сегодня приборную панель можно сделать так же быстро, как и кувшин для молока.

Рубленое стекловолокно с наполнителем из смолы

С 1950-х годов автомобильная промышленность использовала рубленое стекловолокно, наполненное смолой, для упрочнения пластиковых деталей автомобилей. В настоящее время, используя стекловолокно и программное обеспечение CAD, можно построить стеклонаполненные масляные поддоны под кузовом, соответствующие жестким стандартам грузовых автомобилей SUV. И это со скоростью, необходимой для удовлетворения экономических требований. Но в смоле с волокнистым наполнителем произошла новая революция. Это углеродное волокно, заполненное пластмассой, пригодной для литья под давлением. Он намного прочнее, чем стеклонаполненная смола, и весит намного меньше.

Свойства пластика, армированного углеродным волокном

• Углепластик токопроводящий. Это может быть плюс или минус. Например, коммунальное хозяйство требует, чтобы многие продукты изготавливались из стекловолокна, поскольку стекло является изолятором. Лестницы изготовлены из стекловолокна.
• Углепластик весит меньше, чем стекловолокно.
• И хотя углепластик весит меньше, он прочнее и жестче, чем композиты из стекловолокна. По сравнению с металлами деталь из углепластика, равная прочности стали, будет весить 1/5 этого металла. А алюминиевая деталь будет весить в 1,5 раза больше, чем сопоставимая деталь из углепластика такой же прочности.
• Стоимость:углепластик в настоящее время очень дорогой.

Применение пластмасс, армированных углеродным волокном

• Автомобильная промышленность:в 2019 году GM представила прочный кузов из углеродного волокна для своего пикапа Sierra Denali. Детали под капотом также сделаны из углепластика.
• Спортивные товары:из-за своего легкого веса и прочности он используется для изготовления валов для гольфа, лыж, сноубордов, ракеток, удочек, хоккейных клюшек, бит, шлемов и велосипедов, а также для многих других применений в спортивных товарах.
• / li>
• Лопасти ветряных турбин. Прочность и жесткость углепластика позволяет создавать более тонкие лопасти ветряных турбин, которые длиннее, легче и прочнее. Полученные лопасти более аэродинамически эффективны. Таким образом, лезвия из углепластика обеспечивают более низкую стоимость энергии.
• Аэрокосмическая промышленность:Airbus A350 XWB на 52% состоит из углепластика, включая лонжероны крыла и компоненты фюзеляжа, а вес Boeing 787 Dreamliner составляет 50% углепластика. У Airbus A380 есть центральный кессон крыла, сделанный из углепластика, что позволяет ему иметь плавное поперечное сечение крыла. Это непрерывно текущее поперечное сечение обеспечивает улучшенную аэродинамическую эффективность. Spaceship One даже был сделан из компонентов углепластика.
• Медицинский:углепластик является рентгенопрозрачным, что означает, что он прозрачен для рентгеновских лучей и отображается черным на рентгеновских изображениях. Он используется для визуализации структур, также поддерживающих конечности.
• Военные:военные используют углепластик для платформ и конструкций ракетных и пусковых систем. Он используется для изготовления компонентов для военного транспорта и военной инфраструктуры, например, полевого госпиталя. Этот материал также используется в защитных шлемах и другом личном снаряжении, снижая вес без ущерба для прочности. Даже самолеты и ракеты имеют в своей конструкции компоненты из углепластика.