今天有哪些产品使用碳纤维?
在纤维增强复合材料中,玻璃纤维是行业的“主力军”。它用于许多应用领域,与木材、金属和混凝土等传统材料相比具有很强的竞争力。玻璃纤维产品强度高、重量轻、不导电,而且玻璃纤维的原材料成本非常低。
在需要提高强度、减轻重量或用于化妆品的应用中,FRP 复合材料中会使用其他更昂贵的增强纤维。
芳纶纤维,例如杜邦的 Kevlar,用于需要芳纶提供的高拉伸强度的应用中。这方面的例子是车身和车辆装甲,其中芳纶增强复合材料层可以阻止高功率步枪弹,部分原因是纤维的高抗拉强度。
碳纤维用于低重量、高刚度、高导电性或需要碳纤维编织外观的地方。而碳纤维细丝,只有人类头发的十分之一粗,现在可以以多种形式获得。纤维被捆绑、编织并成型用于建筑用途的管和片材(厚达 1/2 英寸),用于成型的布或仅用于长丝缠绕的普通线。
●航空航天中的碳纤维
航空航天是最早采用碳纤维的行业。碳纤维的高模量使其在结构上适合替代铝和钛等合金。碳纤维的低重量是被航空航天工业采用的主要原因,每减轻一磅重量都会对油耗产生重大影响。
碳纤维已经通过航天器登上月球,但它也广泛用于飞机部件和结构,其优越的强度重量比远远超过任何金属。30% 的碳纤维用于航空航天工业。从直升机到滑翔机,从战斗机到超轻型飞机,碳纤维正在发挥作用,增加航程并简化维护。
●体育用品
休闲运动是另一个非常愿意为更高性能支付更多费用的细分市场。网球拍、高尔夫球杆、垒球球棒、曲棍球棒、箭和弓都是常用碳纤维增强复合材料制造的产品。
在不影响力量的情况下重量更轻的设备是运动中的一个明显优势。例如,使用重量较轻的网球拍,可以获得更快的球拍速度,最终击球的速度越来越快。运动员持续争取在设备方面的优势,这就是为什么认真的自行车手骑所有碳纤维自行车并使用碳纤维的自行车鞋。
碳纤维在体育用品中的应用范围从跑鞋的硬化到冰球棒、网球拍和高尔夫球杆。它的强度和车身结构的损伤容限在赛车赛道上挽救了许多生命。它也用于防撞头盔,适用于攀岩者、骑马者和摩托车手。
●汽车
量产汽车尚未采用碳纤维;这是因为原材料成本的增加和工具的必要变化仍然超过了收益。然而,一级方程式、NASCAR 和高端汽车正在使用碳纤维。在很多情况下,并不是因为性能或重量的好处,而是因为外观。
有许多售后市场的汽车零件是用碳纤维制成的,它们不是涂漆的,而是透明涂层的。独特的碳纤维编织已成为高科技和高性能的象征。事实上,常见的售后汽车部件是单层碳纤维,但下面有多层玻璃纤维以降低成本。
尽管这些是碳纤维的常见用途,但几乎每天都能看到许多新的应用。碳纤维的增长速度很快,仅仅5年,这个名单就会长很多。随着成本的下降,碳纤维在汽车中的应用越来越广泛。超级跑车的车身现在已经建成,但其更广泛的用途可能是在仪表外壳和座椅框架等内部部件上。
●风力涡轮机叶片
大多数风力涡轮机叶片使用玻璃纤维,但在大型叶片(通常长度超过 150 英尺)上包括一个备用,这是一个贯穿叶片长度的加强肋。这些部件通常是 100% 的碳,并且在叶片根部处厚达几英寸。
碳纤维用于提供必要的刚度,而不会增加巨大的重量。这很重要,因为风力涡轮机叶片越轻,发电的效率就越高。
●军队
军事应用非常广泛——从飞机和导弹到防护头盔,为所有军事装备减轻重量。无论是士兵的个人装备还是野战医院,减轻重量意味着每加仑汽油移动更多的重量。
几乎每天都会宣布一项新的军事应用。也许最新和最奇特的军事应用是小型飞行无人机上的小型扑翼,用于监视任务。当然,我们并不了解所有的军事应用,一些碳纤维的使用将永远是“黑色行动”的一部分——以不止一种方式。
●医疗应用
与医学领域的其他材料相比,碳纤维具有多种优势,包括它具有“放射性”——对 X 射线透明并且在 X 射线图像上显示为黑色。它广泛用于成像设备结构中,以支持接受 X 射线或放射治疗的肢体。
正在研究使用碳纤维来加强膝关节受损的十字韧带,但最广为人知的医学用途可能是假肢。当国际田径联合会未能禁止他参加北京奥运会时,南非运动员奥斯卡·皮斯托瑞斯(Oscar Pistorius)使用碳纤维四肢脱颖而出。据说他备受争议的碳纤维右腿给了他不公平的优势,对此仍有相当多的争论。
●家用碳纤维
碳纤维在家居中的用途,无论是款式还是实际应用,都和你想象的一样广泛。对于那些注重风格的人来说,它通常被标记为“新黑色”。碳纤维的独特外观也被广泛应用于手机壳、笔甚至是领结。如果您想要一个由碳纤维或咖啡桌制成的闪亮黑色浴缸,那么您也可以立即购买。
●环境应用
作为化学净化剂,碳是一种强大的吸收剂。当谈到吸收有毒或令人不快的化学物质时,表面积很重要。对于给定重量的碳,细丝的表面积比颗粒大得多。虽然我们看到活性炭颗粒被用作宠物垃圾和水净化,但更广泛的环境用途的潜力是显而易见的。
●DIY
尽管具有高科技形象,但易于使用的套件使碳纤维能够用于广泛的家庭和爱好项目,不仅因为其强度,且其视觉吸引力也是一个好处。无论是布料、实心片材、管材还是线材,这种太空时代的材料现在已广泛用于日常项目。