今天有哪些產(chǎn)品使用碳纖維?
在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中,玻璃纖維是行業(yè)的“主力軍”。它用于許多應(yīng)用領(lǐng)域,與木材、金屬和混凝土等傳統(tǒng)材料相比具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。玻璃纖維產(chǎn)品強(qiáng)度高、重量輕、不導(dǎo)電,而且玻璃纖維的原材料成本非常低。
在需要提高強(qiáng)度、減輕重量或用于化妝品的應(yīng)用中,F(xiàn)RP 復(fù)合材料中會(huì)使用其他更昂貴的增強(qiáng)纖維。
芳綸纖維,例如杜邦的 Kevlar,用于需要芳綸提供的高拉伸強(qiáng)度的應(yīng)用中。這方面的例子是車(chē)身和車(chē)輛裝甲,其中芳綸增強(qiáng)復(fù)合材料層可以阻止高功率步槍彈,部分原因是纖維的高抗拉強(qiáng)度。
碳纖維用于低重量、高剛度、高導(dǎo)電性或需要碳纖維編織外觀的地方。而碳纖維細(xì)絲,只有人類(lèi)頭發(fā)的十分之一粗,現(xiàn)在可以以多種形式獲得。纖維被捆綁、編織并成型用于建筑用途的管和片材(厚達(dá) 1/2 英寸),用于成型的布或僅用于長(zhǎng)絲纏繞的普通線。
●航空航天中的碳纖維
航空航天是最早采用碳纖維的行業(yè)。碳纖維的高模量使其在結(jié)構(gòu)上適合替代鋁和鈦等合金。碳纖維的低重量是被航空航天工業(yè)采用的主要原因,每減輕一磅重量都會(huì)對(duì)油耗產(chǎn)生重大影響。
碳纖維已經(jīng)通過(guò)航天器登上月球,但它也廣泛用于飛機(jī)部件和結(jié)構(gòu),其優(yōu)越的強(qiáng)度重量比遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)任何金屬。30% 的碳纖維用于航空航天工業(yè)。從直升機(jī)到滑翔機(jī),從戰(zhàn)斗機(jī)到超輕型飛機(jī),碳纖維正在發(fā)揮作用,增加航程并簡(jiǎn)化維護(hù)。
●體育用品
休閑運(yùn)動(dòng)是另一個(gè)非常愿意為更高性能支付更多費(fèi)用的細(xì)分市場(chǎng)。網(wǎng)球拍、高爾夫球桿、壘球球棒、曲棍球棒、箭和弓都是常用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制造的產(chǎn)品。
在不影響力量的情況下重量更輕的設(shè)備是運(yùn)動(dòng)中的一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)。例如,使用重量較輕的網(wǎng)球拍,可以獲得更快的球拍速度,最終擊球的速度越來(lái)越快。運(yùn)動(dòng)員持續(xù)爭(zhēng)取在設(shè)備方面的優(yōu)勢(shì),這就是為什么認(rèn)真的自行車(chē)手騎所有碳纖維自行車(chē)并使用碳纖維的自行車(chē)鞋。
碳纖維在體育用品中的應(yīng)用范圍從跑鞋的硬化到冰球棒、網(wǎng)球拍和高爾夫球桿。它的強(qiáng)度和車(chē)身結(jié)構(gòu)的損傷容限在賽車(chē)賽道上挽救了許多生命。它也用于防撞頭盔,適用于攀巖者、騎馬者和摩托車(chē)手。
●汽車(chē)
量產(chǎn)汽車(chē)尚未采用碳纖維;這是因?yàn)樵牧铣杀镜脑黾雍凸ぞ叩谋匾兓匀怀^(guò)了收益。然而,一級(jí)方程式、NASCAR 和高端汽車(chē)正在使用碳纖維。在很多情況下,并不是因?yàn)樾阅芑蛑亓康暮锰?,而是因?yàn)橥庥^。
有許多售后市場(chǎng)的汽車(chē)零件是用碳纖維制成的,它們不是涂漆的,而是透明涂層的。獨(dú)特的碳纖維編織已成為高科技和高性能的象征。事實(shí)上,常見(jiàn)的售后汽車(chē)部件是單層碳纖維,但下面有多層玻璃纖維以降低成本。
盡管這些是碳纖維的常見(jiàn)用途,但幾乎每天都能看到許多新的應(yīng)用。碳纖維的增長(zhǎng)速度很快,僅僅5年,這個(gè)名單就會(huì)長(zhǎng)很多。隨著成本的下降,碳纖維在汽車(chē)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。超級(jí)跑車(chē)的車(chē)身現(xiàn)在已經(jīng)建成,但其更廣泛的用途可能是在儀表外殼和座椅框架等內(nèi)部部件上。
●風(fēng)力渦輪機(jī)葉片
大多數(shù)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片使用玻璃纖維,但在大型葉片(通常長(zhǎng)度超過(guò) 150 英尺)上包括一個(gè)備用,這是一個(gè)貫穿葉片長(zhǎng)度的加強(qiáng)肋。這些部件通常是 100% 的碳,并且在葉片根部處厚達(dá)幾英寸。
碳纖維用于提供必要的剛度,而不會(huì)增加巨大的重量。這很重要,因?yàn)轱L(fēng)力渦輪機(jī)葉片越輕,發(fā)電的效率就越高。
●軍隊(duì)
軍事應(yīng)用非常廣泛——從飛機(jī)和導(dǎo)彈到防護(hù)頭盔,為所有軍事裝備減輕重量。無(wú)論是士兵的個(gè)人裝備還是野戰(zhàn)醫(yī)院,減輕重量意味著每加侖汽油移動(dòng)更多的重量。
幾乎每天都會(huì)宣布一項(xiàng)新的軍事應(yīng)用。也許最新和最奇特的軍事應(yīng)用是小型飛行無(wú)人機(jī)上的小型撲翼,用于監(jiān)視任務(wù)。當(dāng)然,我們并不了解所有的軍事應(yīng)用,一些碳纖維的使用將永遠(yuǎn)是“黑色行動(dòng)”的一部分——以不止一種方式。
●醫(yī)療應(yīng)用
與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的其他材料相比,碳纖維具有多種優(yōu)勢(shì),包括它具有“放射性”——對(duì) X 射線透明并且在 X 射線圖像上顯示為黑色。它廣泛用于成像設(shè)備結(jié)構(gòu)中,以支持接受 X 射線或放射治療的肢體。
正在研究使用碳纖維來(lái)加強(qiáng)膝關(guān)節(jié)受損的十字韌帶,但最廣為人知的醫(yī)學(xué)用途可能是假肢。當(dāng)國(guó)際田徑聯(lián)合會(huì)未能禁止他參加北京奧運(yùn)會(huì)時(shí),南非運(yùn)動(dòng)員奧斯卡·皮斯托瑞斯(Oscar Pistorius)使用碳纖維四肢脫穎而出。據(jù)說(shuō)他備受爭(zhēng)議的碳纖維右腿給了他不公平的優(yōu)勢(shì),對(duì)此仍有相當(dāng)多的爭(zhēng)論。
●家用碳纖維
碳纖維在家居中的用途,無(wú)論是款式還是實(shí)際應(yīng)用,都和你想象的一樣廣泛。對(duì)于那些注重風(fēng)格的人來(lái)說(shuō),它通常被標(biāo)記為“新黑色”。碳纖維的獨(dú)特外觀也被廣泛應(yīng)用于手機(jī)殼、筆甚至是領(lǐng)結(jié)。如果您想要一個(gè)由碳纖維或咖啡桌制成的閃亮黑色浴缸,那么您也可以立即購(gòu)買(mǎi)。
●環(huán)境應(yīng)用
作為化學(xué)凈化劑,碳是一種強(qiáng)大的吸收劑。當(dāng)談到吸收有毒或令人不快的化學(xué)物質(zhì)時(shí),表面積很重要。對(duì)于給定重量的碳,細(xì)絲的表面積比顆粒大得多。雖然我們看到活性炭顆粒被用作寵物垃圾和水凈化,但更廣泛的環(huán)境用途的潛力是顯而易見(jiàn)的。
●DIY
盡管具有高科技形象,但易于使用的套件使碳纖維能夠用于廣泛的家庭和愛(ài)好項(xiàng)目,不僅因?yàn)槠鋸?qiáng)度,且其視覺(jué)吸引力也是一個(gè)好處。無(wú)論是布料、實(shí)心片材、管材還是線材,這種太空時(shí)代的材料現(xiàn)在已廣泛用于日常項(xiàng)目。