La fibra de carboni s'ha utilitzat àmpliament en molts camps a causa de la seva alta resistència, baixa densitat i bona resistència química. Tanmateix, quan la fibra de carboni s'exposa a entorns d'alta temperatura, el seu rendiment pot canviar. A continuació es presenta una discussió detallada sobre els canvis en el rendiment de la fibra de carboni a altes temperatures.
Resistència a altes temperatures
La fibra de carboni en si té una excel·lent resistència a les altes temperatures. Segons la teoria, la fibra de carboni pot suportar altes temperatures de fins a 2600 graus. Tanmateix, la fibra de carboni no s'acostuma a utilitzar sola, sinó que es composa amb materials com la resina per fer productes acabats. La resistència a les altes temperatures d'aquests materials compostos es veu afectada pel tipus de resina utilitzada.
Composites de resina epoxi
La resina epoxi és una de les resines més utilitzades en els compostos de fibra de carboni. No obstant això, la resina epoxi té una resistència a les altes temperatures relativament baixa i normalment s'oxida i es descompon a 180 ~ 200 graus. Per tant, la resistència a les altes temperatures dels compostos de fibra de carboni a base de resina epoxi sol estar entre 100 i 150 graus.
Composites de resina termoplàstica
En comparació amb la resina epoxi, les resines termoplàstiques (com el sulfur de polifenilè i la polieteretercetona) tenen una millor resistència a les altes temperatures. Els compostos de fibra de carboni fets amb aquestes resines poden suportar temperatures de 200-250 graus.
Composites a base de ceràmica
De tots els tipus de compostos de fibra de carboni, els compostos a base de ceràmica tenen la resistència més forta a les altes temperatures. Aquests materials poden romandre estables a temperatures de fins a 1500 graus i són adequats per a aplicacions en entorns extrems, com ara components d'avions o motors de coets.
Canvis de rendiment
Quan els compostos de fibra de carboni estan exposats a altes temperatures, les seves propietats poden canviar de la següent manera:
- Reducció de la força: les altes temperatures poden provocar que la matriu de resina es suavitzi o es descomposi, la qual cosa pot reduir la resistència general del compost.
- Reducció del mòdul: el mòdul fa referència a la rigidesa d'un material, i les altes temperatures poden reduir la rigidesa d'un compost.
- Fràgilitat: a mesura que augmenta la temperatura, el compost pot tornar-se més trencadís i més propens a trencar-se.
Àmbits d'aplicació
Tot i que els compostos de fibra de carboni tenen un rendiment reduït a altes temperatures, encara s'utilitzen àmpliament en molts camps:
- Equipament esportiu: com ara canyes de pescar de fibra de carboni, raquetes de tennis i pals de golf, etc., utilitzen les seves propietats lleugeres per reduir la càrrega dels atletes.
- Aeroespacial: S'utilitza en la fabricació de coets, satèl·lits i telescopis espacials, etc., per reduir pes i millorar el rendiment.
- Trànsit ferroviari: s'utilitza per fabricar carrosseries de trens, reduir pes i millorar el rendiment de circulació a alta velocitat.
- Dispositius mèdics: com ara taulers de llits mèdics, taulers mèdics radioactius i suports per al cap, etc., utilitzen les seves característiques lleugeres i de gran resistència per millorar la capacitat de càrrega i reduir les dosis de raigs X.
- Fabricació d'automòbils: s'utilitza per fabricar peces com la carrosseria, l'eix motriu, la caixa de la bateria i l'interior, reduir el pes del vehicle i millorar la durabilitat i l'eficiència energètica.
Conclusió
Els canvis de rendiment de la fibra de carboni a altes temperatures depenen principalment del tipus de resina utilitzada. Tot i que la fibra de carboni té una excel·lent resistència a les altes temperatures, la resistència a les altes temperatures dels materials compostos està limitada per la resina. Comprendre aquests canvis de rendiment és crucial per seleccionar materials compostos de fibra de carboni adequats per a aplicacions específiques.
