Колико је јака тканина од угљеничних влакана?

И. Основни састав и основа чврстоће угљеничних влакана
Карбонска влакна су специјално влакно састављено од угљеничних елемената. Направљен је од вештачких хемијских влакана са високим садржајем угљеника и не топи се током термичке обраде, а израђује се процесима као што су топлотно стабилна оксидациона обрада, карбонизација и графитизација. Његова основна микроструктура даје одличне карактеристике чврстоће.

Тканина од карбонских влакана је обично ткана од више снопова карбонских влакана. Сваки монофиламент од угљеничних влакана има висок однос чврстоће и тежине. Пречник једне нити од угљеничних влакана је изузетно мали, што омогућава атомима угљеника у унутрашњости да ефикасно пренесу напон када је подвргнут напетости, тако да може издржати огромну напетост без ломљења. Према релевантним истраживањима, затезна чврстоћа угљеничних влакана може да достигне 3000-7000МПа, што је много више од многих традиционалних грађевинских материјала и металних материјала, као што је челик, чија је затезна чврстоћа обично између 200-2000МПа.

ИИ. Фактори који утичу на чврстоћу тканине од угљеничних влакана

(И) Процес производње
1. Квалитет сировина
- Сировине које се користе за израду карбонских влакана имају важан утицај на чврстоћу финалне тканине. Ако почетна сировина хемијских влакана није довољно чиста и садржи више нечистоћа, могу се појавити дефекти у накнадном процесу карбонизације и графитизације. На пример, нечистоће могу уништити кристалну структуру унутар угљеничних влакана, узрокујући неуједначен пренос напрезања, чиме се смањује укупна чврстоћа тканине.
2. Метода ткања
- Различите методе ткања учиниће да тканине од угљеничних влакана покажу различите карактеристике чврстоће. Обичан ткање, кепер и сатенско ткање су уобичајене методе ткања тканине од угљеничних влакана. Платно ткање има чврсту структуру, добру стабилност тканине и релативно уједначену дистрибуцију чврстоће у свим правцима; кепер ткање је релативно мекше и може издржати одређену силу смицања, али чврстоћа у неким правцима може бити нешто мања од обичног ткања; сатенско ткање има бољу глаткоћу површине и погодно је за неке примене које захтевају изглед и динамику флуида, али на његову чврстоћу може утицати сложени стресни услови.

(ИИ) Фактори животне средине
1. Температура
- У окружењима са високим температурама, чврстоћа тканина од угљеничних влакана може да се промени. Уопштено говорећи, унутар одређеног распона високих температура, чврстоћа угљеничних влакана може остати релативно стабилна. Међутим, када температура пређе своју критичну вредност, кристална структура унутар угљеничних влакана може се променити, као што је поремећен уредан распоред кристала, што доводи до смањења чврстоће влакна. Напротив, у окружењу са ниским температурама, чврстоћа тканине од угљеничних влакана може се повећати, али такође може постати крхка и лако се сломити када је ударена.
2. Влажност
- Влажност такође утиче на чврстоћу тканине од угљеничних влакана. Ако је тканина од угљеничних влакана дуго времена у окружењу високе влажности, молекули воде могу продрети у влакно или у отвор између влакана. Ово може изазвати корозију влакана или ослабити силу везивања између влакана, чиме се смањује чврстоћа тканине.

ИИИ. Чврстоћа тканине од угљеничних влакана у различитим пољима

(И) Ваздухопловство
1. Конструктивни делови авиона
- У производњи авиона, тканине од угљеничних влакана се широко користе за производњу структуралних делова као што су крила и труп. Пошто авион мора да поднесе огромна аеродинамичка оптерећења, сопствену тежину и разна сложена напрезања изазвана променама положаја лета током лета, карактеристике високе чврстоће тканина од угљеничних влакана се у потпуности одражавају. На пример, Боеинг 787 користи велику количину композитних материјала од угљеничних влакана. Након употребе тканине од карбонских влакана у својој структури крила, може да издржи разне екстремне напрезања у лету уз смањење тежине, обезбеђујући безбедан лет авиона.
2. Сателитске компоненте
- Сателити се суочавају са тешким окружењима у свемиру, као што су драстичне промене температуре и утицаји микрометеорита. Тканина од карбонских влакана се користи за производњу структуралног оквира и неких кључних компоненти сателита. Његова висока чврстоћа може да се одупре оштећењу ових спољашњих сила. А због мале густине угљеничних влакана, помаже у смањењу тежине сателита и смањењу трошкова лансирања.

(ИИ) Аутомобилска индустрија
1. Оквир каросерије
- У аутомобилима високих перформанси и неким новим енергетским возилима, тканина од угљеничних влакана се користи за израду оквира каросерије. У поређењу са традиционалним челичним каросеријама, рамови каросерије од угљеничних влакана имају већи однос снаге и тежине. Када се аутомобил судари, оквир каросерије од угљеничних влакана може ефикасно да апсорбује и распрши енергију како би заштитио безбедност путника у аутомобилу. У исто време, мања тежина тела такође помаже да се побољшају перформансе убрзања, перформансе управљања и економичност горива аутомобила.
2. Производња делова
- Тканина од карбонских влакана се такође користи за производњу неких кључних делова аутомобила, као што су погонска вратила и хаубе мотора. Погонска осовина треба да пренесе огроман обртни момент при великој ротацији. Погонска осовина направљена од тканине од угљеничних влакана може задовољити захтеве за чврстоћом, смањити тежину и смањити инерцију ротације. Хауба мотора је направљена од тканине од карбонских влакана, која није само довољно чврста, већ може да игра улогу у топлотној изолацији, док смањује тежину предњег краја возила и побољшава равнотежу управљања возилом.

(ИИИ) Терен за спортску опрему
1. Оквир бицикла
- У врхунској производњи бицикала, оквир од карбонских влакана је први избор за многе ентузијасте бициклизма. Оквир направљен од тканине од карбонских влакана може издржати различите напрезања током вожње, укључујући тежину возача, ударце изазване неравнинама на путу, итд. Штавише, оквир од карбонских влакана може бити дизајниран према различитим потребама вожње, као и његовој снази и крутости дистрибуција се може подесити да обезбеди најбоље перформансе у вожњи.
2. Голф палице
- Осовина палице за голф користи тканину од карбонских влакана, која може учинити осовину лакшом и флексибилнијом, истовремено осигуравајући снагу. Када се играч замахне, осовина треба да издржи огромне силе савијања и торзије. Штап од угљеничних влакана може ефикасно да пренесе снагу играча на лопту док одржава стабилност осовине, побољшавајући тачност и удаљеност ударца.

Тканине од карбонских влакана имају веома високу чврстоћу, а на њихову чврстоћу утичу многи фактори. У многим областима, карактеристике високе чврстоће тканина од угљеничних влакана су у потпуности искоришћене, а уз континуирани развој производне технологије, чврстоћа и перформансе тканина од угљеничних влакана се и даље побољшавају, а очекује се да ће играти важну улогу у више области. .