Изпълнение на силата
Коефициентът на якост към тегло на въглеродните влакна е една от най-значимите му характеристики. Якостта на опън на обикновените въглеродни влакна може да достигне повече от 3500MPa, което е 5-7 пъти тази на обикновената стомана, докато плътността му е само около 1,6 g/cm³, около 1/4 стомана. Това отлично съотношение сила към тегло дава на въглеродните влакна несравнимо предимство в приложенията, които изискват висока якост и лекота.
Поговорката „един сноп от въглеродни влакна може да издърпа два големи самолета“ ярко демонстрира невероятната сила на въглеродните влакна. Вземете самолета Boeing 747 като пример, максималното му тегло на излитане е около 400 тона. Ако приемем, че се използва сноп от въглеродни влакна с диаметър 5 мм, неговата площ на напречното сечение е около 19,6 мм², а якостта на опън може да достигне 68,6 тона. Следователно на теория са необходими само около 6 снопа от такива въглеродни влакна, за да се издърпа два напълно заредени самолета Boeing 747. Този пример ярко илюстрира отличните характеристики на материалите от въглеродни влакна в издържане на огромни сили на опън
Индустриални приложения
Отличните характеристики на въглеродните влакна го направиха широко използван в много индустриални полета. В полето на аерокосмическото пространство композитите от въглеродни влакна се използват за производство на ключови компоненти като фюзелажи на въздухоплавателни средства, крила и опашки. Например, фюзелажът и крилата на Boeing 787 Dreamliner са изработени главно от композити от въглеродни влакна, което намалява теглото на самолета с 20% и подобрява ефективността на горивото с 10-15%.
В областта на производството на автомобили въглеродните влакна се използват за производството на компоненти на тялото и шасито на високоефективни спортни автомобили. Тялото на електрическия автомобил BMW I3 е почти изцяло изработено от композити от въглеродни влакна, което значително намалява теглото на автомобила и увеличава обхвата на круиз. В областта на строителството въглеродните влакна се използват за укрепване и ремонт на бетонни конструкции, подобряване на сеизмичната съпротива и експлоатационния живот на сградите.
В областта на спортното оборудване въглеродните влакна се използват широко за производство на високоефективно спортно оборудване като голф клубове, тенис ракети и велосипедни рамки. Тези приложения не само се възползват от характеристиките на високата якост на въглеродните влакна, но и дават пълна игра на добрите си вибрационни характеристики, подобрявайки производителността и използване на опита на спортното оборудване.
Бъдещо развитие
Материалите от въглеродни влакна показват отлични резултати и широки перспективи за приложение, но развитието им все още е изправено пред някои предизвикателства. Първият е проблемът с разходите. Настоящата производствена цена на въглеродните влакна все още е висока, което ограничава използването му в някои мащабни приложения. Второто е проблемът с рециклирането. Технологията за рециклиране и повторна употреба на композитни материали от въглеродни влакна все още трябва да бъде разработена и подобрена.
В бъдеще разработването на материали от въглеродни влакна ще се съсредоточи върху следните аспекти: първо, разработване на нови производствени процеси с ниски разходи, като например използване на нови предшественици или оптимизиране на производствените процеси; второ, подобряване на работата на въглеродните влакна, като например разработване на нови въглеродни влакна с ултра висока якост или ултра висок модул; Трето, подобряване на композитните материали, като разработване на нови матрици на смолата или оптимизиране на свързването на интерфейса; Четвърто, разработване на ефективна технология за рециклиране за постигане на рециклирането на материали от въглеродни влакна.
С развитието на нанотехнологиите изследванията върху новите въглеродни материали като въглеродни нанотръби и графен също предоставят нови идеи за развитието на въглеродните влакна. Тези нови материали могат да донесат нови подобрения на производителността и области на приложение на въглеродни влакна.
