materiale avanzato del 21° secolo: fibra di carbonio

La fibra di carbonio, un materiale ad alte prestazioni con un contenuto di carbonio superiore al 90%, è prodotta mediante la decomposizione di fibre organiche in una struttura di spina dorsale di carbonio a temperature elevate. Di conseguenza, trova ampie applicazioni nelle pale delle turbine eoliche, nell'aerospazio, nello sport e nel tempo libero, nei vascelli a pressione, nei compositi carbonio/carbonio e nelle infrastrutture di trasporto. Essa costituisce un materiale strategico indispensabile per lo sviluppo economico nazionale.

Classificazione

1. il numero di Per materia prima

Le fibre di carbonio sono classificate in tre sistemi di materie prime primarie: a base di poliacrilonitrile, a base di smalto e a base di viscosa. Tra queste, le fibre di carbonio a base di smalto e di viscosa hanno applicazioni e volumi di produzione relativamente limitati. Le fibre di carbonio a base di poliacrilonitrile, tuttavia, hanno caratteristiche strutturali e funzionali superiori, che le rendono la varietà predominante nello sviluppo e nell'applicazione delle fibre di carbonio, rappresentando oltre il 90% della produzione mondiale.

2. La sua vita. Per quantità di fibre

Le fibre di carbonio possono essere classificate come di piccola o grande trascinatura in base alla quantità di fibre. Le fibre di carbonio a piccola trazione si riferiscono a quelle con quantità di trazione < 24K, inizialmente dominate da 1K, 3K e 6K, che si evolvono gradualmente a 12K e 24K. Queste fibre presentano proprietà meccaniche eccezionali, con resistenza alla trazione compresa tra 3500 e 7000 MPa e moduli di trazione tra 230 e 680 GPa. Sono impiegati principalmente nei settori ad alta tecnologia come la difesa, l'aerospaziale e le applicazioni militari, nonché negli articoli sportivi e per il tempo libero. Esempi includono aerei, missili, razzi, satelliti, attrezzi da pesca, mazze da golf e racchette da tennis.

Le fibre di carbonio large-tow indicano generalmente quelle con un numero di tow superiore a 48K, inclusi i tipi 48K, 60K e 80K. Presentano resistenze a trazione comprese tra 3500 e 5000 MPa e moduli di trazione tra 230 e 290 GPa. Le applicazioni principali comprendono la produzione automobilistica, le pale delle turbine eoliche, l'edilizia ad alta efficienza energetica, i tessuti, le attrezzature mediche e sanitarie, i sistemi elettromeccanici, l'ingegneria civile e le infrastrutture di trasporto.

Le fibre di carbonio small-tow offrono prestazioni superiori ma hanno prezzi più elevati, mentre le varianti large-tow presentano prestazioni relativamente inferiori ma costi ridotti. Il principale vantaggio delle fibre large-tow rispetto ai tipi small-tow consiste nell'aumento sostanziale della capacità produttiva per singola linea nelle stesse condizioni di produzione, consentendo così una produzione più economica. Inoltre, dimostrano una maggiore efficienza di posa in opera durante la fabbricazione dei compositi, riducendo potenzialmente i costi di produzione di oltre il 30%.

3. Per proprietà meccaniche

La resistenza a trazione e il modulo di trazione sono i due indicatori più critici per valutare le prestazioni delle fibre di carbonio. La resistenza a trazione indica generalmente la tensione massima che un materiale può sopportare prima della rottura, mentre il modulo di trazione rappresenta il rapporto tra tensione e deformazione durante la deformazione elastica, riflettendo la rigidità del materiale. Fibre di carbonio sono suddivise in due serie: serie T (fibre di carbonio ad alta resistenza) e serie M (alta rigidità fibre di carbonio ). Le fibre di carbonio della serie T sono più comunemente utilizzate sul mercato, comprendendo gradi come T300, T400, T700, T800 e T1100.

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