Caratteristiche, applicazione e sviluppo della fibra di carbonio

Caratteristiche, applicazione e sviluppo della fibra di carbonio

1.Caratteristiche e proprietà della fibra di carbonio

 Materiali in fibra di carbonio sono neri, duri, ad alta resistenza, leggeri e altri nuovi materiali con eccellenti proprietà meccaniche.Il suo peso specifico è inferiore a 1/4 dell'acciaio.La resistenza alla trazione dei materiali compositi in resina di fibra di carbonio è solitamente superiore a 35.000 MPa, 7,9 volte quella dell'acciaio.Il modulo di elasticità a trazione è compreso tra 230000MPa e 430000MPa.Pertanto, la resistenza specifica del CFRP, ovvero il rapporto tra la resistenza del materiale e la sua densità, è superiore a 20.000 MPa/(g/cm3), ma la resistenza specifica dell'acciaio A3 è 590 MPa/(g/cm3). anche il modulo elastico è superiore a quello dell'acciaio.Maggiore è la resistenza specifica del materiale, minore è il peso proprio della parte, maggiore è il modulo elastico specifico, maggiore è la rigidità della parte.In questo senso viene illustrata l’ampia prospettiva di applicazione della fibra di carbonio in ingegneria.Osservando le eccellenti proprietà di molti materiali compositi emergenti, come ad esempio Materiale composito in fibra di vetro polimerico, materiali compositi a base metallica e materiali compositi a base ceramica, molti esperti prevedono che i materiali compositi entreranno nell'era dell'applicazione diffusa dei materiali a partire dall'era dell'acciaio.

Materiali compositi PAN in fibra di carbonio e fibra di vetro:

(1) Proprietà meccaniche, densità inferiore rispetto al metallo, leggerezza;alto modulo, elevata rigidità, elevata resistenza, elevata resistenza alla fatica, eccellente resistenza all'usura e potere lubrificante;eccellente attenuazione delle vibrazioni;

(2) Piccola resistenza al calore, stabilità, coefficiente di dilatazione termica, buona stabilità dimensionale, conduttività termica;ottima resistenza al calore in gas inerte;

(3) Appartiene a una varietà di materiali conduttivi aventi proprietà di conduttività elettrica e di schermatura delle onde elettromagnetiche e proprietà di conduttività elettrica e di schermatura delle onde elettromagnetiche.(4) È eccellente nella trasmittanza dei raggi X e una struttura adeguata può essere progettata in base allo scopo.

Nel 2007, il principale del GiapponeFornitore di fibra di carbonioToray Co., Ltd. ha collaborato con Nissan Motor e altre società per sviluppare materiali all'avanguardia utilizzando la fibra di carbonio, che possono ridurre notevolmente il peso delle parti principali dell'auto, come il telaio.La nuova tecnologia riduce il peso complessivo della vettura del 10% e migliora il consumo di carburante dal 4% al 5%.Inoltre la resistenza agli urti è 1,5 volte quella di quella convenzionale.I produttori prevedono di portare la nuova tecnologia sui veicoli commerciali entro tre anni.La nuova tecnologia promette di accelerare il passaggio alle materie prime automobilistiche incentrate sull’acciaio, nel contesto di normative più severe sulla bolletta del carburante per ridurre i gas serra in tutto il mondo.

2.Applicazione della fibra di carbonio

  Fibra di carbonio è un termine generale per fibre con un contenuto di carbonio superiore al 90% e prende il nome dal suo alto contenuto di carbonio.La fibra di carbonio ha varie proprietà eccellenti del carbonio elementare, come peso specifico ridotto, resistenza al calore, resistenza allo shock termico, resistenza chimica e conduttività, ecc. Ha aggrovigliamento delle fibre ed eccellenti proprietà meccaniche.In particolare, la sua resistenza specifica e il modulo elastico specifico sono elevati e può resistere a temperature elevate di 2000 in condizioni di isolamento dell'ossigeno.È un'importante materia prima industriale in fibra di vetroed è adatto per rinforzare materiali compositi, materiali per ablazione e materiali per isolamento termico.Si tratta di un nuovo materiale sviluppato all'inizio degli anni '60 e ora è diventato un nuovo materiale indispensabile nella società moderna.

Tra i prodotti per il tempo libero, la prima applicazione della fibra di carbonio PAN è la canna da pesca.Attualmente, la produzione annua mondiale di canne da pesca in fibra di carbonio è di circa 12 milioni e la quantità di fibra di carbonio utilizzata è di circa 1.200 tonnellate.L'applicazione della fibra di carbonio nelle mazze da golf è iniziata nel 1972. Attualmente, la produzione annuale di fibra di carboniomazze da golf nel mondo sono circa 40 milioni di bottiglie e la quantità di fibra di carbonio equivale a 2.000 tonnellate.L’uso delle racchette da tennis è iniziato nel 1974. Oggi, lo scorso anno, il mondo ha prodotto circa 4,5 milioni di racchette in fibra di carbonio e l’uso della fibra di carbonio richiede circa 500 tonnellate.Tra le altre cose, la fibra di carbonio è ampiamente utilizzata anche negli sci, nelle barche da neve, nei bastoncini da sci, nelle mazze da baseball, nei giochi su strada e negli sport marini.

Riconoscendo la leggerezza, la resistenza alla fatica, la resistenza alla corrosione e altre proprietà della fibra di carbonio, è ampiamente utilizzata nell'industria aerospaziale.Nel campo del volo spaziale, le fibre di carbonio ad alto modulo sono state utilizzate nei satelliti artificiali per la loro leggerezza (rigidità) e conduttività termica e stabilità dimensionale.Negli ultimi anni sono stati utilizzati nei satelliti per comunicazioni come l'iridio.

Il composto per stampaggio viene principalmente miscelato nella resina termoplastica sotto forma difili tagliati di fibra di vetro, che ha l'effetto di rafforzare la schermatura antistatica ed elettromagnetica delle onde ed è ampiamente utilizzato negli elettrodomestici, nelle apparecchiature per ufficio, nei semiconduttori e nei campi correlati.

3. Stato di produzione dei prodotti in fibra di carbonio nel mio paese

  La produzione e l’utilizzo della fibra di carbonio nel mio paese è ancora in fase iniziale.La capacità produttiva nazionale della fibra di carbonio rappresenta solo lo 0,4% circa della produzione totalepanno in fibra di carbonio ad alte prestazioninel mondo e oltre il 90% del consumo interno dipende dalle importazioni.La qualità del precursore PAN è sempre stata il collo di bottiglia che limita la produzione su larga scala dell’industria della fibra di carbonio nel mio paese.Inoltre, poiché la fibra di carbonio è stata a lungo considerata un materiale strategico, i paesi sviluppati sono rimasti chiusi al mondo esterno.Pertanto, gli esperti del settore ritengono che il rafforzamento della ricerca di base sia il fondamento dell’innovazione e il modo fondamentale per sviluppare l’industria nazionale della fibra di carbonio.

Il mio Paese ha iniziato a studiare la fibra di carbonio dagli anni Sessanta agli anni Settanta, quasi tenendo il passo con il mondo.Dopo più di 30 anni di duro lavoro, la società giapponese Toray ha sviluppato prodotti in fibra di carbonio vicini al livello T300, ma la produzione e la qualità non sono in grado di soddisfare la domanda interna, che è lontana dai paesi stranieri.Rispetto al livello avanzato internazionale, i problemi in sospeso della fibra di carbonio nazionale sono la bassa resistenza della fibra di carbonio, la scarsa uniformità e stabilità, e il livello di sviluppo è quasi 20-30 anni indietro rispetto a quello dei paesi avanzati, e la scala di produzione è piccola, attrezzature tecniche è arretrato e l’efficienza produttiva è scarsa.

Attualmente, la capacità produttiva mondiale di fibra di carbonio pret è di circa 35.000 tonnellate e la domanda annua nel mercato cinese è di circa 6.500 tonnellate.È un grande consumatore di fibra di carbonio.Tuttavia, la produzione cinese di fibra di carbonio nel 2007 è stata di sole 200 tonnellate circa, e si trattava principalmente di prodotti a basse prestazioni.La maggior parte del settore fa affidamento sulle importazioni e i prezzi sono molto elevati.Ad esempio, il mercato standard del T300 manca di supporto tecnico con diritti di proprietà intellettuale indipendenti e le imprese nazionali non hanno ancora padroneggiato l’intera tecnologia di base della fibra di carbonio.La qualità, la tecnologia e la scala di produzione della fibra di carbonio nel mio paese sono molto diverse da quelle dei paesi stranieri.Tra questi, la tecnologia della fibra di carbonio ad alte prestazioni è monopolizzata e bloccata dal Giappone e dai paesi occidentali.Pertanto, è necessario un lungo processo per realizzare la localizzazione della fibra di carbonio.A causa della mancanza di mercato, negli ultimi anni in Cina si è verificata una “febbre della fibra di carbonio” e molti istituti e imprese di ricerca scientifica hanno avviato la ricerca sulla fibra di carbonio e progetti di industrializzazione da migliaia di tonnellate.

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