Quão forte é o tecido de fibra de carbono?

I. Composição básica e base de resistência da fibra de carbono
A fibra de carbono é uma fibra especial composta pelo elemento carbono. É feito de fibra química artificial com alto teor de carbono e que não derrete durante o tratamento térmico, e é feito por processos como tratamento de oxidação estável ao calor, tratamento de carbonização e grafitização. A sua microestrutura básica confere-lhe excelentes características de resistência.

O tecido de fibra de carbono geralmente é tecido a partir de vários feixes de fibras de carbono. Cada monofilamento de fibra de carbono tem uma alta relação resistência/peso. O diâmetro de um único filamento de fibra de carbono é extremamente pequeno, o que permite que os átomos de carbono no seu interior transfiram eficientemente a tensão quando é sujeito a tensão, para que possa suportar uma enorme tensão sem quebrar. De acordo com pesquisas relevantes, a resistência à tração da fibra de carbono pode atingir 3000-7000MPa, que é muito maior do que muitos materiais de construção tradicionais e materiais metálicos, como o aço, cuja resistência à tração é geralmente entre 200-2000MPa.

II. Fatores que afetam a resistência do tecido de fibra de carbono

(I) Processo de fabricação
1. Qualidade da matéria-prima
- As matérias-primas utilizadas na fabricação da fibra de carbono têm uma influência importante na resistência do tecido final. Se a matéria-prima da fibra química inicial não for suficientemente pura e contiver mais impurezas, podem ocorrer defeitos no processo subsequente de carbonização e grafitização. Por exemplo, impurezas podem destruir a estrutura cristalina dentro da fibra de carbono, causando transferência desigual de tensão, reduzindo assim a resistência geral do tecido.
2. Método de tecelagem
- Diferentes métodos de tecelagem farão com que os tecidos de fibra de carbono apresentem diferentes características de resistência. Tecido simples, sarja e cetim são métodos comuns de tecelagem de tecidos de fibra de carbono. A trama simples tem uma estrutura firme, boa estabilidade do tecido e uma distribuição de força relativamente uniforme em todas as direções; o ponto de sarja é relativamente mais macio e pode suportar uma certa força de cisalhamento, mas a resistência em algumas direções pode ser ligeiramente menor do que o ponto de tecelagem simples; o tecido acetinado tem melhor suavidade superficial e é adequado para algumas aplicações que exigem aparência e dinâmica de fluidos, mas sua resistência pode ser afetada sob condições de tensão complexas.

(II) Fatores ambientais
1. Temperatura
- Em ambientes de alta temperatura, a resistência dos tecidos de fibra de carbono pode mudar. De modo geral, dentro de uma certa faixa de alta temperatura, a resistência da fibra de carbono pode permanecer relativamente estável. No entanto, quando a temperatura excede o seu valor crítico, a estrutura cristalina dentro da fibra de carbono pode mudar, tal como a disposição ordenada dos cristais é perturbada, resultando numa diminuição na resistência da fibra. Pelo contrário, num ambiente de baixa temperatura, a resistência do tecido de fibra de carbono pode aumentar, mas também pode tornar-se mais frágil e fácil de quebrar quando impactado.
2. Umidade
- A umidade também afeta a resistência do tecido de fibra de carbono. Se o tecido de fibra de carbono ficar em um ambiente de alta umidade por muito tempo, as moléculas de água podem penetrar na fibra ou no espaço entre as fibras. Isto pode causar corrosão da fibra ou enfraquecer a força de ligação entre as fibras, reduzindo assim a resistência do tecido.

III. Resistência do tecido de fibra de carbono em diferentes campos

(I) Campo aeroespacial
1. Peças estruturais de aeronaves
- Na fabricação de aeronaves, os tecidos de fibra de carbono são amplamente utilizados na fabricação de peças estruturais como asas e fuselagens. Como a aeronave tem que suportar enormes cargas aerodinâmicas, seu próprio peso e várias tensões complexas causadas por mudanças na postura de voo durante o voo, as características de alta resistência dos tecidos de fibra de carbono são totalmente refletidas. Por exemplo, o Boeing 787 utiliza uma grande quantidade de materiais compósitos de fibra de carbono. Após utilizar tecido de fibra de carbono em sua estrutura de asa, ele pode suportar diversas tensões extremas em vôo ao mesmo tempo em que reduz o peso, garantindo o vôo seguro da aeronave.
2. Componentes do satélite
- Os satélites enfrentam ambientes adversos no espaço, como mudanças drásticas de temperatura e impactos de micrometeoritos. O tecido de fibra de carbono é usado para fabricar a estrutura estrutural e alguns componentes-chave dos satélites. Sua alta resistência pode resistir aos danos dessas forças externas. E por causa da baixa densidade da fibra de carbono, ajuda a reduzir o peso dos satélites e a reduzir os custos de lançamento.

(II) Indústria Automobilística
1. Estrutura corporal
- Em carros de alto desempenho e em alguns veículos de novas energias, o tecido de fibra de carbono é usado para fabricar estruturas de carroceria. Em comparação com as carrocerias de aço tradicionais, as estruturas da carroceria em fibra de carbono têm uma relação resistência-peso mais alta. Quando um carro colide, a estrutura da carroceria de fibra de carbono pode absorver e dispersar energia com eficácia para proteger a segurança dos passageiros do carro. Ao mesmo tempo, o peso corporal mais leve também ajuda a melhorar o desempenho de aceleração, o desempenho de manuseio e a economia de combustível do carro.
2. Fabricação de peças
- O tecido de fibra de carbono também é usado na fabricação de algumas peças importantes de automóveis, como eixos de transmissão e capôs ​​de motores. O eixo de transmissão precisa transmitir enorme torque sob rotação em alta velocidade. O eixo de transmissão feito de tecido de fibra de carbono pode atender aos requisitos de resistência, reduzir o peso e reduzir a inércia rotacional. O capô do motor é feito de tecido de fibra de carbono, que não só é forte o suficiente, mas também pode desempenhar um papel no isolamento térmico, ao mesmo tempo que reduz o peso da dianteira do veículo e melhora o equilíbrio de manuseio do veículo.

(III) Campo de artigos esportivos
1. Quadro de bicicleta
- Na fabricação de bicicletas de última geração, o quadro de fibra de carbono é a primeira escolha para muitos entusiastas do ciclismo. O quadro feito de tecido de fibra de carbono pode suportar vários esforços durante a condução, incluindo o peso do piloto, o impacto causado por solavancos na estrada, etc. Além disso, o quadro de fibra de carbono pode ser projetado de acordo com diferentes necessidades de condução e sua resistência e rigidez. a distribuição pode ser ajustada para fornecer o melhor desempenho de pilotagem.
2. Clubes de golfe
- A haste do taco de golfe utiliza tecido de fibra de carbono, o que pode tornar a haste mais leve e flexível, garantindo resistência. Quando o jogador balança, o eixo precisa suportar enormes forças de flexão e torção. O taco de fibra de carbono pode transferir efetivamente a força do jogador para a bola, mantendo a estabilidade da haste, melhorando a precisão e a distância do chute.

Os tecidos de fibra de carbono têm resistência muito alta e sua resistência é afetada por muitos fatores. Em muitos campos, as características de alta resistência dos tecidos de fibra de carbono foram totalmente utilizadas e, com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de fabricação, a resistência e o desempenho dos tecidos de fibra de carbono ainda estão melhorando e espera-se que desempenhem um papel importante em mais campos. .