Är kolfiber starkare än stål

Kallas även grafitfiber alternativt kolgrafit, kolfiber består från många tunna trådar från grundämnet kol.

Kolfiber existerar en armeringsmaterial såsom består från tunna dragna trådar från kol, vävda alternativt tvinnade mot golvbeklädnad, vävar alternativt band.

Dessa fibrer äger upphöjd draghållfasthet samt existerar extremt starka på grund av sin storlek. Faktum existerar för att enstaka form eller gestalt från kolfiber - kolnanoröret - anses artikel detta starkaste materialet vilket finns tillgängligt. Kolfiberapplikationer _inkluderar konstruktion, teknik, luftfart, högpresterande fordon, sportutrustning samt musikinstrument.

Inom energiområdet används kolfiber inom produktionen från vindkraftverk, lagring från naturgas samt bränsleceller på grund av frakt. Inom flygindustrin besitter den applikationer inom både militära samt affärsmässig luftfarkost, såväl likt obemannade flygfarkoster. till oljeprospektering används den nära tillverkning från djupvattensborrplattformar samt rör.

Råmaterial

Kolfiber existerar gjord från organiska polymerer, likt består från långa strängar från molekyler vilket hålls samman från kolatomer. dem flesta kolfibrer (cirka 90%) existerar tillverkade från polyakrylnitril (PAN)-processen.

enstaka små mängd (cirka 10%) tillverkas från rayon alternativt petroleumbeckprocessen.

Gaser, vätskor samt andra ämne vilket används inom tillverkningsprocessen skapar specifika effekter, kvaliteter samt kvaliteter från kolfiber.

Kolfibertillverkare använder egenutvecklade formler samt kombinationer från ingredienser på grund av dem ämne dem producerar samt inom allmänhet behandlar dem dessa specifika formuleringar likt affärshemligheter.

Den högsta kolfibern tillsammans den maximalt verksamma modulen (en konstant alternativt koefficient likt används på grund av för att uttrycka enstaka numerisk grad inom vilken en tema äger ett viss egenskap, såsom elasticitet) används inom krävande tillämpningar vilket luftfart.

Tillverkningsprocess

för att producera kolfiber inkluderar både kemiska samt mekaniska processer. Råmaterial, därför kallade prekursorer, dras mot långa strängar samt värms sedan upp mot höga temperaturer inom ett anaerob (syrefri) miljö. Istället till för att brinna får den extrema värmen för att fiberatomerna skakar således våldsamt för att nästan samtliga icke-kolatomer stöts ut.

Trots sin styrka samt styvhet existerar kolfiber många enklare än flera andra ämne tillsammans liknande attribut, såsom stål samt aluminium.

Efter för att förkolningsprocessen existerar genomskinlig, består den återstående fibern från långa, tätt sammankopplade kolatomkedjor tillsammans med ett fåtal alternativt inga icke-kolatomer kvar. Dessa fibrer vävs sedan mot material alternativt kombineras tillsammans med andra ämne likt sedan filamentlindas alternativt formas mot önskade former samt storlekar.

nästa fem parti existerar typiska inom PAN-processen till tillverkning från kolfiber:

1. Spinning.
   
   
2. 



PAN blandas tillsammans andra ingredienser samt snurras mot fibrer likt sedan tvättas samt sträcks.

3. Stabiliserande. Fibrerna genomgår kemisk förändring till för att göra stabil bindningen.
4. Karbonisering .
   Låg vikt, tar små ställe samt existerar starkare än stål.

   Stabiliserade fibrer värms upp mot många upphöjd temperatur samt bildar tätt bundna kolkristaller.

5. Behandla ytan . Ytan vid fibrerna oxideras till för att utveckla bindningsegenskaperna.
6. Dimensionering. Fibrer beläggs samt lindas vid bobiner, liksom laddas vid spinnmaskiner såsom tvinnar fibrerna mot olika storlekar från garn.

   Istället till för att vävas mot tyger förmå fibrer även formas mot kompositmaterial , tillsammans med hjälp från värme, tryck alternativt vakuum till för att binda fibrer tillsammans tillsammans ett plastpolymer.

Kolnanorör tillverkas via ett ytterligare process än vanliga kolfibrer. Nanorör uppskattas existera 20 gånger starkare än deras prekursorer samt smides inom ugnar liksom använder lasrar till för att förånga kolpartiklar.

Tillverkningsutmaningar

Tillverkningen från kolfibrer innebär en antal utmaningar, inklusive:

• Behovet från mer kostnadseffektiv återhämtning samt reparation
• Ohållbara tillverkningskostnader på grund av vissa tillämpningar: mot modell, även angående färsk teknik existerar beneath tillväxt, vid bas från oöverkomliga kostnader, existerar användningen från kolfiber inom bilindustrin på grund av närvarande begränsad mot högpresterande samt lyxfordon.

• Ytbehandlingsprocessen måste regleras exakt på grund av för att undvika för att detta skapas gropar vilket resulterar inom defekta fibrer.
• Noggrann övervakning behövs på grund av för att säkerställa jämn kvalitet
• Hälso- samt säkerhetsfrågor inklusive hud- samt andningsirritation
• Ljusbågar samt kortslutningar inom elektrisk utrustning vid bas från kolfibrernas starka elektriska ledningsförmåga

Framtiden på grund av kolfiber

då kolfiberteknologin fortsätter för att utvecklas kommer möjligheterna på grund av kolfiber bara för att diversifieras samt öka.

nära Massachusetts Institute of Technology visar flera studier likt fokuserar vid kolfiber redan en stort löfte till för att producera färsk tillverkningsteknik samt design till för att möta den något som ökar i storlek eller antal efterfrågan ifrån industrin.

okänt docent inom maskinteknik John Hart, ett nanorörspionjär, äger arbetat tillsammans med sina studenter till för att omvandla tekniken på grund av tillverkning, inklusive titta vid nya ämne såsom bör användas tillsammans tillsammans med affärsmässig 3D-skrivare.

Kolfiber existerar betydligt enklare än gammal ämne likt stål samt aluminium.

"Jag bad dem för att tänka helt samt hållet; angående dem kunde tänka sig enstaka 3D-skrivare likt inte någonsin besitter gjorts tidigare alternativt en användbart ämne vilket ej är kapabel tecknas ut tillsammans nuvarande skrivare," förklarade Hart.

Resultaten plats prototypmaskiner likt tryckte smält kopp, mjukglass samt kolfiberkompositer. i enlighet med Hart skapade studentteam även maskiner vilket kunde hantera "parallell extrudering från polymerer tillsammans massiv yta" samt utföra "in situ optisk skanning" från utskriftsprocessen.

Dessutom arbetade Hart tillsammans ovanligt ord docent inom kemi Mircea Dinca inom en nyligen avslutat treårigt samarbete tillsammans med Automobili Lamborghini på grund av för att undersöka möjligheterna tillsammans nya kolfiber samt kompositmaterial liksom enstaka solens tid ej bara "gör detta möjligt till läka bilens kaross" används såsom en batterisystem", dock leder mot "lättare, starkare kroppar, mer verksamma katalysatorer, tunnare färg samt förbättrad värmeöverföring inom drivlinan [totalt]."

tillsammans med liknande fantastiska genombrott inom horisonten existerar detta ej konstigt för att kolfibermarknaden äger beräknats växa ifrån 4,7 miljarder USD 2019 mot 13,3 miljarder USD 2029, tillsammans ett sammansatt årlig tillväxttakt (CAGR) vid 11,0 % (eller något högre) ovan identisk tidsperiod.

Källor

• McConnell, Vicki. " Tillverkandet från kolfiber ." CompositeWorld . 19 månad 2008 
• Sherman, Don. " Beyond Carbon Fiber: detta nästa banbrytande materialet existerar 20 gånger starkare. " Bil samt chaufför. 18 mars 2015
• Randall, Danielle.
  Ferrari-återförsäljaren Continental Autosports (CA) säger för att kolfiber existerar fem gånger enklare än stål samtidigt vilket detta besitter lägre densitet än aluminium liksom existerar enstaka från dem lättaste metallerna likt finns.

  " MIT-forskare samarbetar tillsammans Lamborghini till för att förbättra ett framtida elbil ." MITMECHE/I nyheterna: avdelningen på grund av kemi. 16 november 2017

• "Kolfibermarknad efter råmaterial (PAN, beck, rayon), fibertyp (jungfrulig, återvunnen), produkttyp, enhet, tillämpning (komposit, icke-komposit), slutanvändningsindustri (A & D, fordon, vindenergi ), samt Region—Global Prognos mot 2029." MarketsandMarkets™.

  september 2019