tala fou

Alava kaponiua maua lona igoa ta'uleleia ma le fa'amaoni. O le Boeing 787 e tusa ma le 50% o le mamafa e faia i le composite. O monocoques a le Formula 1 ua fausia mai ai talu mai le amataga o le 1980. O vae fa'apipi'i, fausaga satelite, lau o le turbine matagi, fa'avaa uila maualuluga — o nei mea e aliali mai i soo se mea e mana'omia ai e inisinia ona amoina se avega e aunoa ma le amoina o le mamafa.

I se taimi, na liua ai lena talaaga i se manatu: e faapeaalava kaponio le mea sili lea ona lelei mo le fausiaina o fale, e leai se taofi. E leai. E tele meafaitino e sili atu nai lo lona faatinoga i ni auala patino ma fuaina — ma o le iloa po o fea, ma le mafuaaga, e sili atu ona aoga nai lo le taulimaina o le carbon fiber o se taualuga.

O iinei e faia'ina ai, ma le uiga o lena mea i le fa'atinoina.

O le ā le Uiga Moni o le “Malosi” — ma le Mafuaʻaga e Suia ai Mea Uma

E tele galuega a le upu i le inisinia o meafaitino, maalava kaponiO le pule malosi e faalagolago tele i le faʻauigaga o loʻo e faʻaaogaina.

O le tulaga lelei moni o le carbon fiber emalosi faapitoa ma le ma'a'a faapitoa — le fua faatatau o le faatinoga fa'amekanika i le mamafa. E fa'atusatusa i le tele o u'amea faufale, e manumalo ma le mautinoa i lena tauvaga, o le mafua'aga lea na fa'aaogaina ai e le ea ma ta'aloga afi ma ta'avale afi ma le malosi e pei ona latou faia. E sili atu le malosi o le u'amea i tulaga mautinoa. E sili atu le malosi o le carbon fiber i le kilokalama, o le numera lea e taua pe a fa'aalu le suau'u po'o le taimi e ta'amilo ai i kalama ta'itasi.

Ae o le faʻatinoga o le fausaga e lē naʻo le tasi le numera. E le itiiti ifo i le lima:

● Malosiaga o le feliua'i — tete'e atu i le fevaevaea'i

● Malosiaga fa'apipi'i — tete'e atu i le olopalaina (o se vaivaiga fa'atatau o le alava kaponi)

● Fa'ama'a'a / modulus o le fa'alelei — tete'e atu i le fa'aleagaina o le tino i lalo o le avega

● Malosi — le malosi e mitiia a'o le'i gau, aua ne'i fenumia'i ma le malosi

● Mausali o le vevela — pe tumau na meatotino i le vevela maualuga

Alava kaponie sili ona lelei i uluai tolu i le mamafa e tasi. E matuā leaga lava lona malosi — e gaui e aunoa ma se lapataiga nai lo le faaleagaina — ma e amata ona pala i luga atu o le 400°C i le ea e fuafua i le matrix. O na avanoa e lua o le mea lea e maua ai e mea uma o loʻo i luga o lenei lisi lona avanoa.

1. Graphene — Malosi i luga o Pepa, Faigata i le Fa'atinoina

E sili ona mata'ina le Graphene, ma e talafeagai ona matauina i fuainumera. O se pepa kaponi e tasi le mafiafia e pei o le atomu i totonu o se hexagonal lattice, o lona malosi tensile e tusa ma le 200 taimi le mamafa o le u'amea fausaga. O lona modulus elastic e sili atu nai lo le carbon fiber. I na fua fa'atatau e lua, e leai se mea e iai e latalata i ai.

Aiseā la e lē fausia ai vaalele mai ai?

O le faʻafitauli atoa o le gaosiga. O meatotino a le Graphene e iai i le tulaga molecular, ma e faʻalagolago i le atoatoa o le fausaga. O le taimi lava e te taumafai ai e fausia se mea i le fua faʻatatau a le tagata - soʻo se mea e mafai ona e taofia - e te faʻaofiina ni tuaoi o fatu, ni faʻaletonu, ma ni mea e le tutusa e vave ona faʻaleagaina ai na fuainumera faʻateorē. O se pepa graphene e leai se faʻaletonu e sili atu nai lo ni nai senitimita o loʻo tumau pea o se faʻafitauli faʻainisinia e leʻi foia i le fua faʻapisinisi i le 2025, aemaise lava se paneli fausaga.

O le mea e maua ai e le graphene le malosi moni o le avea lea ma se mea fa'aopoopo. O le fa'aputuina o graphene flakes po'o le graphene oxide i totonu o faiga o le carbon fiber resin e fa'aleleia atili ai le malosi o le interlaminar shear, thermal conductivity, ma i nisi fa'atulagaga, le fa'atinoga eletise. O le meafaitino e faia aimea fa'apipi'i o le carbon fiber sili atu ona lelei. E le suitulaga ai i latou.

Fa'ai'uga:E manino lava le malosi o le Graphene nai lo le carbon fiber i le nanoscale. I le tulaga fa'ainisinia, o se fa'aleleia atili - o se mea taua, ae e le o se sui mo le structural fiber lava ia. Ae peita'i.

2. Carbon Nanotubes — O le Tauva Fa'ateorē e Sili Ona Latalata

E faigata ona finau i fuainumera i luga o le pepa. O le malosi fa'ateorē o le carbon nanotubes e sili atu nai lo le carbon fiber maualuga-modulus sili ona lelei i ni vaega e lava le tele, afai e mafai ona e fausia ni vaega fa'atulagaina mai ia i latou i se lapo'a tele, o le a foliga ese le alamanuia o le ea ma le ta'aloga afi.

O le “afai” ua i ai iina mo le tusa ma le tolusefulu tausaga.

O le faʻafitauli autū e lē o le malamalama i meafaitino — ua iloa tonu e le au suʻesuʻe le mafuaʻaga e faʻatino ai e pei ona latou faia le CNT, ma e mautu le fisiki. O le faʻafitauli, o le carbon nanotube, e tusa ai ma le faʻauigaga, o se mea faitino e tutusa le lapoʻa ma le nanometer. O le faʻapotopotoina o piliona o ia mea i le itu e tasi, pipii faʻatasi, ma fausia ai se alava faʻaauau e aunoa ma ni faʻaletonu e faʻaleagaina ai na meatotino faʻateorē o se luʻitau gaosiga lea ua teteʻe i taumafaiga tetele uma i se fofo faʻapisinisi. O loʻo iai alava CNT i totonu o fale suʻesuʻe. O nisi ua faʻamauina ni fuainumera mataʻina i suʻega faʻatonutonuina. E leai se tasi na sili atu nai lo le alava carbon modulus maualuga i le seti atoa o meatotino i lalo o tulaga e atagia ai faʻaoga moni o le fausaga.

O le mea e lelei ona faia e CNT i le taimi nei o le galue lea o se mea faaopoopo — o le faasalalauina atu i totonu o le resin matrix a le carbon fiber prepreg e faaleleia atili ai le malosi o le interlaminar shear, ma foia ai se tasi o auala e sili ona tumau ai le faaletonu i totonu o le carbon fiber composites. O se sao moni ma aoga faapisinisi. E le o le mea na mafaufauina e se tasi ina ua amata ona faia e suesuega a le CNT ni ulutala i le vaitau o le 1990.

O le tulimanu o le fa'avevela eletise o le isi lea fa'aoga ola: E mafai e CNT ona fa'avevela fausaga tu'ufa'atasi e aunoa ma le mamafa o uaea u'amea ua fa'apipi'iina, lea e taua mo le puipuiga mai uila i va'alele ma le puipuiga fa'aeletoronika i totonu o pusa fa'aeletoronika.

Fa'ai'uga:E lē o ni mea e sili atu le malosi nai lo le carbon-fiber e mafai ona e fa'amaoti mai i aso nei, o CNT o se mea e fa'aleleia atili ai le carbon fiber lea e iai ni ona uiga tulaga ese e le'i maua lava se auala e fa'aalia ai i le tele o inisinia. Pe o suiga i le isi sefulu tausaga e fa'alagolago itiiti lava i le saienisi o meafaitino nai lo le atina'eina o le faagasologa o gaosiga.

3. Boron Nitride Nanotubes — O fea o le Vevela o le Fili

Afai o le graphene ma le CNT o ni tauva i le fausaga o le carbon fiber i luga o le pepa, o le boron nitride nanotubes e foia ai se vaivaiga ese atoa: o le a le mea e tupu pe a oʻo mai le avega faatasi ma le vevela e pipii i ai.

E tutusa le fausaga o BNNT ma CNT — tubular, nanoscale — ae fausia mai i atomu boron ma nitrogen e fesuia'i nai lo le carbon. E tutusa lo latou malosi ma le ma'a'a. O le eseesega taua o le mautu o le vevela: E tumau pea le lelei o fausaga o BNNT i le ea e o'o atu i le 900°C. E fa'a'okesaita le carbon nanotubes ma amata ona pala pe a ma le 400°C. O mea fa'apipi'i carbon fiber masani, e fa'atatau i le resin matrix, e amata ona leiloa le tulaga mautu o le fausaga i le va o le 120°C ma le 250°C i lalo o le avega tumau.

Mo ta'avale hypersonic, talita vevela toe ulufale mai, ma vaega o le afi vaalele o le isi tupulaga, o le va o le vevela e le o se fa'amatalaga i lalo - o le fa'afitauli atoa lea o le mamanu. O se mea e leiloa lona malosi i le 200°C e le o se sui tauva mo se vaega e va'aia le 800°C, e tusa lava po o le a le lelei o ana fuainumera o le vevela o le potu. O lo'o fa'atinoina pea le atina'eina o BNNT mo nei fa'aoga tonu lava, e ui lava o lo'o tumau pea le tele o taimi a'o le'i gaosia.

Fa'ai'uga:I so'o se fa'aoga e fa'atasi ai le mamafa o le fausaga ma le vevela tele, e ofoina atu e BNNT se gafatia e le mafai ona tutusa ma le carbon fiber — ma le tele o mea fa'apipi'i fa'aonaponei. O le tapula'a o le maua, ae le o le fa'atinoga.

4. Alava Silicon Carbide — O le fofo e maualuga le vevela ua uma ona lele

E ui o loʻo tele lava ina atiaʻe pea BNNTs, ae o loʻo faʻaaogaina pea alava silicon carbide faifai pea i siosiomaga e ono le toe aoga ai le alava carbon.

E tausia e alava SiC meatotino fa'atulagaina i le vevela e sili atu i le 1,000°C, ma avea ai ma mea e talafeagai mo vaega vevela o le afi vaalele, vaega o turbine, ma fesuia'iga vevela a le ea - o fa'aoga e le o talanoaina ai fo'i le alava kaponi. Latou te fa'atalanoaina fo'i le fa'afitauli o le malosi fa'apipi'i o le alava kaponi: o se tasi o tapula'a e le tele se talanoaga o le alava kaponi o lona malosi fa'apipi'i e matua maualalo ifo i lona malosi fa'apipi'i, o se taunuuga o le auala e tali atu ai alava ta'itasi i le microbuckling i lalo o le axial compression. E leai se tutusa o alava SiC i le tulaga tutusa.

O tapula'a fa'atino o le tau ma le faigofie ona fa'agasolo. O mea fa'apipi'i alava SiC e mana'omia ai ni faiga fa'amatrix seramika nai lo matrices polymer e fa'aaogaina fa'atasi ma le alava kaponi, o lona uiga o meafaigaluega eseese, vevela eseese o le fa'agasologa, ma tau maualuga i vaega ta'itasi. E fa'atapula'aina le avanoa e fa'aoga ai ona o na mafua'aga.

Fa'ai'uga:Mo le tulaga lelei o le fausaga i lalo o tulaga ogaoga o le vevela ma le 'ele'elea, e sili atu le lelei o alava SiC nai lo le alava kaponi i ni auala e lē tutusa. I le mea e taofia ai le alava kaponi e le vevela, o le alava SiC e masani lava o le tali fa'ainisinia - ma e le pei o le tele o meafaitino i luga o lenei lisi, o se tali lea ua uma ona iai i masini gaosi oloa.

5. Alava UHMWPE (Dyneema, Spectra) — Pe a sili atu le malosi nai lo le malō

Alava kaponi e lē toilalo ma le matagofie. A alu ese, e alu faʻatasi uma i le taimi e tasi — o se gau faʻafuaseʻi, leai se lapataʻiga, leai se faʻaleagaina e faʻailoa atu ai oe. O le maaleale o le fefaʻatauaʻiga lea e te taliaina mo lona malosi uiga ese ma le malosi faʻapitoa, ma i fausaga o vaalele poʻo monocoques tamoʻe, o se fefaʻatauaʻiga e talafeagai mo le inisinia.

E matuā eseese lava le galuega a le Dyneema ma le Spectra i le fisiki. O alava uma ia e lua o le UHMWPE — Ultra-High-Molecular-Weight Polyethylene — ma o le mea e matuā lelei ai i la’ua o le mitiia lea o le malosi nai lo le tete’e atu i le fa’aleagaina. O lo la’ua malosiaga fa’apitoa e mitiia i le mamafa o le iunite e sili ona maualuga i so’o se alava fa’atulagaina. O se paneli na fausia mai le Dyneema e le malepe pe a pa’i malosi i ai se mea; e fa’aloaloa, tufatufa le avega, ma fa’aitiitia le a’afiaga i luga o le meafaitino. O le amioga tonu lava lea e te mana’o ai pe a fa’afitauli i le mamanu o le taofia lea o se pulufana po’o se lau nai lo le taofia o se apa’au i lona foliga.

E iai isi meatotino e tatau ona matauina: O alava UHMWPE e opeopea i le vai, e taua mo maea i le sami ma uaea taula i tai lea e mamafa i luga o kilomita o uaea. E tumau lelei i latou mai le olo ma le tele o vailaʻau faʻamaʻi. Ma e le pei o lemea fa'apipi'i o le carbon fiber, e lava lo latou fetuutuunai e mafai ai ona lalaga sa'o i ni totigilima e tete'e i le tipi, ofutau o le tino, ma ie puipui — leai ni mamanu, leai se autoclave, leai se resin.

E moni lava le va o le malosi. O le modulus elastic o le UHMWPE e matua maualalo lava nai lo le carbon fiber, lea e le talafeagai ai mo galuega fa'atulagaina lea e avea ai le deflection i lalo o le avega ma tapula'a pulea. E leai se tasi o lo'o fausia ni spars va'alele mai Dyneema.

Ae fa'atulaga le fesili i se isi auala - o le a le mea e sili atu le malosi nai lo le carbon fiber pe a fa'agaoioi le avega, ae le o le tumau? - ma e manumalo le UHMWPE i le fua fa'atatau e pulea moni ai le mamanu. O se vaega fa'atino ese, ae le o se vaega e itiiti ifo.

Fa'ai'uga:Mo le tete'e atu i le pa'ū ma le malosi, e sili atu le lelei o le alava UHMWPE nai lo le alava kaponi i ni auala e mafai ona fuaina ma fa'amatalaina ai lona fa'aoga. O le mea sili ona malosi ma mama mo le puipuiga mai le fana e le o le mea e sili ona malō — ae o le mea e sili ona mitiia le malosi a'o le'i fa'aleagaina.

6. Metal Matrix Composites — Fa'afeso'ota'i U'amea ma Meatotino Composites

O loʻo i ai se vaega o faʻafitauli faʻainisinia emea fa'apipi'i o le carbon fiberE le lelei ona taulimaina u'amea mama ae e taugata tele le taulimaina, ma o lea ua mafua ai ona iai MMC.

Se'i fai se fa'amau satelite e mana'omia ona mama, mautu le fua i luga o le 300°C o le vevela i le ta'amilosaga, e mafai ona fa'aeletise mo le fa'amautuina, ma ia lava le malosi e le gaugau i lalo o avega gatete. O se vaega o le polymer-matrix carbon fiber e aofia ai atonu e lua o na mana'oga. O se alumini MMC — o le u'amea ua fa'amalosia i le silicon carbide particles — e mafai ona ufiufi uma e fa. O le a le manumalo i se tauvaga mamafa e fa'asaga iCFRPe tuusa'o lava, ae o le malosi fa'apitoa e sili atu ona lelei nai lo le alumini e le'i fa'amalosia, ma e le mana'omia ai ni auala e foia ai le fa'afitauli o le vevela ma le eletise lea e faigata ona feagai ma polymer composites.

O rotors taofi taavale o se faʻataʻitaʻiga e sili atu ona mamā. O le galuega o le mitiia ma faʻasalalauina lea o le tele o le vevela i lalo o le taofi malosi faifai pea aʻo teteʻe atu i le ofuina ma faʻatumauina le tulaga lelei o le lautele. E faʻaaogaina mea faʻapipiʻi carbon fiber i lenei faʻaoga i le pito i luga o taʻaloga afi, ae e manaʻomia le vevela o le faʻagaioiga ina ia tumau i totonu o se vaega vaapiapi ma e taugata le sui. O MMC alumini faʻamalosia e le silicone carbide e taulimaina se vaega lautele o le vevela, e onosaia le tele o faʻalavelave, ma taugofie i taʻamilosaga taʻitasi mo faʻaoga i luga o le auala lea e manaʻomia ai ona aoga taimi e sui ai.

E tāua le fa'ailoa manino atu o le malosi o le fa'apipi'iina: o le malosi o le fa'apipi'iina o le carbon fiber e matuā maualalo ifo nai lo lona malosi o le tensile — o se taunuuga lea o le auala e tali atu ai fibers i le microbuckling. E leai se eseesega o le MMCs. Mo vaega o lo'o utaina i le compression — o luga o le u'amea, o nodes fa'atulagaina i lalo o le axial load, o mea faigaluega fa'apipi'i — e sili atu le taua nai lo numera autu o le tensile.

Fa'ai'uga:E lē sili atu le malosi o le MMC nai lo le carbon fiber i le malosi fa'apitoa o le tensile. E sili atu le malosi o le MMC nai lo le carbon fiber i le tu'ufa'atasiga o le vevela, le malosi o le compressive, le malosi eletise, ma le malosi o le a'afiaga e mana'omia i nisi o fa'aoga i le taimi e tasi. A mana'omia e le mamanu se mea e amio e pei o se u'amea ae e latalata i se composite fa'aonaponei, e fa'atumu e MMC se avanoa e le'i mamanuina muamua ai le carbon fiber.

Aiseā e Manumalo ai Pea le Carbon Fiber i le Tele o Taimi

E leai se tasi o mea o loʻo i luga o se finauga e faʻapeaalava kaponiua le toe aoga. O lona pulea pea lava pea i faʻaoga fausaga maualuluga ua atagia mai ai ni tulaga lelei moni e leʻi tapunia e se tasi tauva.

O le si'osi'omaga gaosi oloa o le vaega e seasea ta'ua. E manuia mea fa'apipi'i carbon fiber mai le tele o tausaga o le fa'aleleia atili o le faiga - metotia o le layup, ta'amilosaga autoclave, metotia o su'esu'ega e le fa'aleagaina, fa'atonuga o le toe fa'aleleia, fa'amaumauga o mamanu e fa'atagaina, filifili sapalai fa'amaonia. O se inisinia o lo'o fa'amaoti mai se vaega fa'apipi'i carbon fiber i le 2025 e mafai ona maua meafaigaluega fa'ata'ita'i, faletusi o faiga fa'aletonu, ma faiga fa'atulafonoina o le sapalai e le'i iai mo le tele o meafaitino o lo'o i luga o lenei lisi. O lena malamalama fa'alapotopotoga e iai lona taua moni i le inisinia, ma e le otometi lava ona fa'aliliuina atu i se meafaitino fou e tusa lava po o le a le lelei o foliga o kuponi su'ega a lena meafaitino.

E toetoe lava a mautinoa le faaleleia atili o le Graphene ma le CNTsmea fa'apipi'i o le carbon fibera'o le'i suia. O alava SiC ma BNNT e foia ai fa'afitauli o le vevela e le'i mamanuina lava le alava kaponi e foia. O le UHMWPE e foia ai se fa'afitauli o le malosi i fa'aoga e matua'i eseese lava tulaga o avega. E tutusa le mamanu: e leai se tasi o nei mea e sili atu nai lo le alava kaponi i luga o le laupapa. E ta'itasi e sili atu i luga o se au fa'apitoa lea e sili ona taua ai fa'aletonu o le mamanu o le alava kaponi.

O fea tonu lava e aga'i i ai le fanua

O le fesili e sili atu ona aoga e le o le mea e sui aialava kaponi — o le auala lea e faʻaaogaina faʻatasi ai nei mea.

O paneta faufale e iai le laminate autū o le carbon fiber, le resin ua fa'amalosia e le graphene mo le malosi o le interlaminar, ma le fa'amalosia o le fiber SiC i vaega e maualuga le vevela e le o ni mea e taumatemate. O lo'o fa'atinoina pea nei galuega i polokalame tetele o le ea. O le manatu - o mea fa'apipi'i fa'asolosolo, po'o faiga fa'atino o meafaitino e fa'ainisinia i le tele o fua fa'atatau i le taimi e tasi - o lo'o fa'atusalia ai se suiga moni i le auala e fa'amaoti mai ai meafaitino faufale. Nai lo le filifilia o le meafaitino sili ona lelei mo se vaega, ua amata ona mamanuina e inisinia ni tu'ufa'atasiga o meafaitino e fa'atatau i tulaga fa'apitoa o avega, suiga o le vevela, ma faiga fa'aletonu o le a va'aia moni e se vaega i le fa'aaogaina.

O le fa'avaa tauva - graphene vs. carbon fiber, CNTs vs. carbon fiber - e misia le itu o lo'o agai i ai le tekinolosi. O le tali i le "o le a le mea e sili atu le malosi nai lo le carbon fiber" ua fa'ateleina: o se mea tu'ufa'atasi e aofia ai le carbon fiber o se tasi o vaega fa'amalosi, e tofu ma le mea e sili ona lelei lona fa'atinoga.

Aotelega

Alava kaponi e lē o le mea e sili ona malosi. O le mea malosi e sili ona aogā i le tele o faʻaoga faʻatulagaina — ma o se ulutala e sili atu ona faigata ona aveese nai lo se fua faʻatatau o le faʻatinoga.