Ugljična vlakna se široko koriste u mnogim poljima zbog svoje visoke čvrstoće, male gustine i dobre hemijske otpornosti. Međutim, kada su karbonska vlakna izložena visokim temperaturama, njihove performanse se mogu promijeniti. Slijedi detaljna rasprava o promjenama u performansama karbonskih vlakana na visokim temperaturama.
Otpornost na visoke temperature
Sama karbonska vlakna imaju odličnu otpornost na visoke temperature. Prema teoriji, karbonska vlakna mogu izdržati visoke temperature do 2600 stepeni. Međutim, karbonska vlakna se obično ne koriste sama, već su sastavljena od materijala kao što je smola za izradu gotovih proizvoda. Otpornost na visoke temperature takvih kompozitnih materijala zavisi od vrste upotrijebljene smole.
Kompoziti od epoksidne smole
Epoksidna smola je jedna od najčešće korišćenih smola u kompozitima od ugljeničnih vlakana. Međutim, epoksidna smola ima relativno slabu otpornost na visoke temperature i obično oksidira i razgrađuje se na 180~200 stepeni. Stoga je otpornost na visoke temperature kompozita od karbonskih vlakana na bazi epoksidne smole obično između 100 ~ 150 stepeni.
Kompoziti od termoplastične smole
U poređenju sa epoksidnom smolom, termoplastične smole (kao što su polifenilen sulfid i polietereterketon) imaju bolju otpornost na visoke temperature. Kompoziti od karbonskih vlakana napravljeni od ovih smola mogu izdržati temperature od 200-250 stepeni.
Kompoziti na bazi keramike
Od svih vrsta kompozita od karbonskih vlakana, kompoziti na bazi keramike imaju najjaču otpornost na visoke temperature. Ovi materijali mogu ostati stabilni na temperaturama do 1500 stepeni i pogodni su za primjenu u ekstremnim okruženjima, kao što su komponente avionskih ili raketnih motora.
Promjene u performansama
Kada su kompoziti od karbonskih vlakana izloženi visokim temperaturama, njihova svojstva se mogu promijeniti na sljedeći način:
- Smanjenje čvrstoće: visoke temperature mogu uzrokovati omekšavanje ili razlaganje smolne matrice, što može smanjiti ukupnu čvrstoću kompozita.
- Smanjenje modula: Modul se odnosi na krutost materijala, a visoke temperature mogu smanjiti krutost kompozita.
- Krhkost: Kako temperatura raste, kompozit može postati krhkiji i skloniji lomljenju.
Područja primjene
Iako kompoziti od karbonskih vlakana imaju smanjene performanse na visokim temperaturama, još uvijek se široko koriste u mnogim poljima:
- Sportska oprema: kao što su štapovi za pecanje od karbonskih vlakana, teniski reketi i palice za golf, itd., koriste svoja lagana svojstva kako bi smanjili opterećenje za sportiste.
- Vazduhoplovstvo: Koristi se u proizvodnji raketa, satelita i svemirskih teleskopa, itd., za smanjenje težine i poboljšanje performansi.
- Željeznički tranzit: koristi se za proizvodnju karoserija vlaka, smanjenje težine i poboljšanje performansi trčanja velikom brzinom.
- Medicinski uređaji: kao što su medicinske postelje, radioaktivne medicinske ploče i nosači za glavu, itd., koriste svoje karakteristike lagane i visoke čvrstoće za poboljšanje nosivosti i smanjenje doza rendgenskog zračenja.
- Proizvodnja automobila: koristi se za proizvodnju dijelova kao što su karoserija, pogonsko vratilo, kutija za baterije i unutrašnjost, smanjenje težine vozila i poboljšanje izdržljivosti i energetske efikasnosti.
Zaključak
Promjene performansi karbonskih vlakana na visokim temperaturama uglavnom zavise od vrste upotrijebljene smole. Iako sama karbonska vlakna imaju odličnu otpornost na visoke temperature, otpornost kompozitnih materijala na visoke temperature ograničena je smolom. Razumijevanje ovih promjena u performansama je ključno za odabir odgovarajućih kompozitnih materijala od karbonskih vlakana za specifične primjene.
