Características, aplicação e desenvolvimento da fibra de carbono

Características, aplicação e desenvolvimento da fibra de carbono

1.Características e propriedades da fibra de carbono

 Materiais de fibra de carbono são pretos, duros, de alta resistência, leves e outros materiais novos com excelentes propriedades mecânicas.Sua gravidade específica é inferior a 1/4 do aço.A resistência à tração dos materiais compósitos de resina de fibra de carbono é geralmente superior a 35.000 MPa, 7,9 vezes a do aço.O módulo de elasticidade à tração está entre 230.000 MPa e 430.000 MPa.Portanto, a resistência específica do CFRP, ou seja, a relação entre a resistência do material e sua densidade, está acima de 20.000 MPa/(g/cm3), mas a resistência específica do aço A3 é de 590 MPa/(g/cm3). o módulo de elasticidade também é maior que o do aço.Quanto maior for a resistência específica do material, menor será o peso próprio da peça, quanto maior for o módulo de elasticidade específico, maior será a rigidez da peça.Nesse sentido, é ilustrada a ampla perspectiva de aplicação da fibra de carbono na engenharia.Observando as excelentes propriedades de muitos materiais compósitos emergentes, como Material de fibra de vidro composto de polímero, materiais compósitos à base de metal e materiais compósitos à base de cerâmica, muitos especialistas prevêem que os materiais compósitos entrarão na era da aplicação generalizada de materiais a partir da era do aço.

Materiais compostos de fibra de carbono e fibra de vidro PAN:

(1) Propriedades mecânicas, menor densidade que o metal, peso leve;alto módulo, alta rigidez, alta resistência, alta resistência à fadiga, excelente resistência ao desgaste e lubricidade;excelente atenuação de vibrações;

(2) Pequena resistência ao calor, estabilidade, coeficiente de expansão térmica, boa estabilidade dimensional, condutividade térmica;excelente resistência ao calor em gás inerte;

(3) Pertence a uma variedade de materiais condutores com condutividade elétrica e propriedades de proteção contra ondas eletromagnéticas, e propriedades de condutividade elétrica e proteção contra ondas eletromagnéticas.(4) É excelente em transmitância de raios X, e uma estrutura apropriada pode ser projetada de acordo com a finalidade.

Em 2007, o principal país do JapãoFornecedor de fibra de carbonocooperou com a Nissan Motor e outras empresas para desenvolver materiais de ponta usando fibra de carbono, o que pode reduzir significativamente o peso das peças principais do carro, como o chassi.A nova tecnologia reduz o peso total do carro em 10% e melhora o consumo de combustível em 4% a 5%.Além disso, a resistência ao impacto é 1,5 vezes maior que a convencional.Os fabricantes planejam levar a nova tecnologia aos veículos comerciais dentro de três anos.A nova tecnologia promete acelerar a transição de matérias-primas automotivas centradas no aço, no contexto de regulamentações mais rígidas sobre contas de combustível para reduzir os gases de efeito estufa em todo o mundo.

2.Aplicação de fibra de carbono

  Fibra de carbono é um termo geral para fibras com teor de carbono superior a 90% e recebeu esse nome devido ao seu alto teor de carbono.A fibra de carbono possui várias propriedades excelentes do carbono elementar, como pequena gravidade específica, resistência ao calor, resistência ao choque térmico, resistência química e condutividade, etc.Em particular, sua resistência específica e módulo de elasticidade específico são altos e pode suportar uma alta temperatura de 2.000 ° C sob a condição de isolamento de oxigênio.É uma importante matéria-prima industrial de fibra de vidroe é adequado para fortalecer materiais compósitos, materiais de ablação e materiais de isolamento térmico.Este é um novo material desenvolvido no início da década de 1960 e que agora se tornou um novo material indispensável na sociedade moderna.

Entre os produtos de lazer, a primeira aplicação da fibra de carbono PAN é a vara de pescar.Atualmente, a produção anual mundial de varas de pesca de fibra de carbono é de cerca de 12 milhões, e a quantidade de fibra de carbono utilizada é de cerca de 1.200 toneladas.A aplicação de fibra de carbono em tacos de golfe começou em 1972. Actualmente, a produção anual de fibra de carbonoclubes de golfe no mundo é de cerca de 40 milhões de garrafas, e a quantidade de fibra de carbono equivale a 2.000 toneladas.A aplicação de raquetes de tênis começou em 1974. Agora, o mundo produziu cerca de 4,5 milhões de raquetes de fibra de carbono no ano passado, e o uso de fibra de carbono requer cerca de 500 toneladas.Entre outras coisas, a fibra de carbono também é amplamente utilizada em esquis, barcos de neve, bastões de esqui, tacos de beisebol, jogos de estrada e esportes náuticos.

Reconhecendo a leveza, a resistência à fadiga, a resistência à corrosão e outras propriedades da fibra de carbono, ela é amplamente utilizada na indústria aeroespacial.No campo dos voos espaciais, fibras de carbono de alto módulo têm sido utilizadas em satélites artificiais devido ao seu peso leve (rigidez) e condutividade térmica de estabilidade dimensional.Nos últimos anos, eles têm sido usados ​​em satélites de comunicação como o irídio.

O composto de moldagem é principalmente misturado à resina termoplástica na forma defios picados de fibra de vidro, que tem o efeito de fortalecimento, blindagem antiestática e de ondas eletromagnéticas, e é amplamente utilizado em eletrodomésticos, equipamentos de escritório, semicondutores e áreas afins.

3.Status de produção de produtos de fibra de carbono em meu país

  A produção e utilização de fibra de carbono no meu país ainda está numa fase inicial.A capacidade de produção nacional de fibra de carbono representa apenas cerca de 0,4% da produção total depano de fibra de carbono de alto desempenhono mundo, e mais de 90% do consumo interno depende de importações.A qualidade do precursor do PAN sempre foi o gargalo que restringe a produção em larga escala da indústria de fibra de carbono no meu país.Além disso, como a fibra de carbono é há muito considerada um material estratégico, os países desenvolvidos foram fechados ao mundo exterior.Portanto, os especialistas do setor acreditam que o fortalecimento da pesquisa básica é a base da inovação e a forma fundamental de desenvolver a indústria nacional de fibra de carbono.

Meu país começou a estudar a fibra de carbono entre as décadas de 1960 e 1970, quase acompanhando o ritmo do mundo.Após mais de 30 anos de trabalho árduo, a Toray Company do Japão desenvolveu produtos de fibra de carbono próximos ao nível T300, mas a produção e a qualidade não conseguem atender à demanda interna, que está longe dos países estrangeiros.Em comparação com o nível avançado internacional, os problemas pendentes da fibra de carbono doméstica são a baixa resistência da fibra de carbono, a fraca uniformidade e estabilidade, e o nível de desenvolvimento está quase 20 a 30 anos atrás do dos países avançados, e a escala de produção é pequena, equipamento técnico está atrasado e a eficiência da produção é baixa.

Atualmente, a capacidade mundial de produção de fibra de carbono é de cerca de 35.000 toneladas, e a demanda anual no mercado chinês é de cerca de 6.500 toneladas.É um grande consumidor de fibra de carbono.No entanto, a produção de fibra de carbono da China em 2007 foi de apenas cerca de 200 toneladas, e principalmente de produtos de baixo desempenho.A maior parte da indústria depende de importações e o preço é muito caro.Por exemplo, o mercado T300 padrão carece de suporte técnico com direitos de propriedade intelectual independentes, e as empresas nacionais ainda não dominam a tecnologia completa do núcleo de fibra de carbono.A qualidade, a tecnologia e a escala de produção da fibra de carbono no meu país são muito diferentes das dos países estrangeiros.Entre eles, a tecnologia de fibra de carbono de alto desempenho é monopolizada e bloqueada pelo Japão e pelos países ocidentais.Portanto, é necessário um longo processo para realizar a localização da fibra de carbono.Devido à falta de mercado, tem havido uma “febre da fibra de carbono” na China nos últimos anos, e muitos institutos e empresas de pesquisa científica iniciaram pesquisas sobre fibra de carbono e projetos de industrialização de mil toneladas.

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