Tri Chwestiwn am Garbon Ffibr: Draconus? Cryfannus? Dim ond Ar Gael Mewn Du?

Pan welwch chi gar sport o fibr garbon mewn sioe awto, ydy eich meddwl cyntaf yn: "Mae'n rhaid i'r deunydd hwn fod yn anghymharol ddrut"? Pan fyddwch chi'n dod o hyd i adolygiad o botel dŵr o fibr garbon, ydych chi'n meddwl yn naturiol: "Bydd yn torri os cwympo—nid mor gadarn â staenllyd wirfrwd"? Neu hyd yn oed pan yn dewis offer chwaraeon, gweld dim ond fibr garbon du cynnyrch , a ydych chi'n tybio, "Mae'r defnydd hwn yn naturiol yn du yn unig"?

Fel arferion y diwydiant gyda blynyddoedd o brofiad mewn ffibr garbon, rydym wedi dod i'ch cyffwrdd â'r anghydwiriadau cyffredin hyn. Mae'n anheuog nad pan ddaeth ffibr garbon am y tro cyntaf o ofnau gofod i farchnadoedd y defnyddwyr, enillodd ei labeli fel "draint", "hysbys" a "du unffurfiol" oherwydd barau technegol uchel a rhaglen gweithdrefn benodol. Ond gyda thorbiauth mewn cynhyrchu ar raddfa fawr a newidion mewn prosesau, mae ffibr garbon heddiw wedi gwaredu'r stereotypiau hyn. Mae wedi cyrraedd rheoli cost tra bod cyflwyno aplicaethau ar raddfa fawr, yn cystadlu â deunydd metel mewn profion peryngiad, ac hyd yn hynny yn gallu dangos lliwiau bywiog trwy weithdrefnau technegol.

Gormarci? Datgelu Costau Technegol Tu ôl i'r Tag Brau

Mae'r eiryn "cilogram un o garbon ffibr yn cyfateb i deg cilogram o ddur" yn cael ei chylchdroi'n eang, ond ni chawsodd y bris uchel fyth fod yn "pris deunydd"—mae'n canlyniad anheuog o gynhyrchu sydd yn ddibynnol ar dechnoleg.
Gan gymryd carbn ffibr o fewn y diwydiant ceir fel enghraifft, mae ei strwythur cost yn cuddio tri haen o barau technolegol:

Rheoliadau cadarn ar gollwgarwaith o ddeunyddiau crai

Ar ôl mynd trwy brosesau lluosog gan gynnwys trolio, rhag-ocsidiadu a charboniadu, mae 2.2 twnn o ffibr ragflawn polyacrylonitril yn cynhyrchu 1 twnn o garbn ffibr yn unig, gyda chostau deunyddiau crai yn cyrraedd pump gwaith cystal â dur.

Costau defnydd go iawn yr egni

Mae'r broses driniaeth gwres yn gofyn am gynnal tymheredd dros 1,000 gradd C, gyda chostau trydan yn cyfrif am hyd at 30% o gostau cynhyrchu. Mae hyn yn cyfateb i ddefnyddio 200 cilowatt-awr o drydan am bob 10 cilogram o garbn ffibr a gynhyrchir.

Cyfrifon cudd presichrwydd y broses

Mae set adnewyddu ffibr garbon ar gyfer Mercedes-Benz V260L angen dros 300 haen o wnen ffibr i'w osod â llaw'n uniongyrchol. Gall unrhyw ddisleoliad newid y cynnyrch i fod yn anndefnyddiadwy, gyda chydrannau allanol yn unig yn costio 300,000 yuen.

Mwyfwy pwysig, mae'n cyrraedd "gwrthdro o gost-effeithiolrwydd": mae corff o wigran carbon 60% ysgafnach na dur, gan godi ystod vehicleau newydd yn ôl 15%. Mae'r arbedion arniad hir dymor yn gorthrafu costau cychwynnol yn gyflym. Gyda thrwyddeddiadau mewn technoleg cynhyrchu ar raddfa fawr, mae prisiau gigran carbon ar gyfer defnyddwyr wedi disgyn 70% o'i gymharu â degawd yn ôl, gan ei wneud yn fwy hygyrch i deuluoedd arferol yn y dyfodol.

Wedi dorri wrth ddod i geisio? Mae prawf penderfyn resistance yn profi fel arall.

Mae'r synnwyr anghywir bod "gigran carbon mor frwchus â chwarel" yn dod o ddealltwriaeth unochr o'i priodweddau mecanyddol. Gadewch inni ddangos dwy set o ddata arbrofol:

Prawf Dibyniad Pwysau Gollwng

O dan amodau effaith identigol o bwysau 10kg a uchder 2 metr, dangosodd plât ffibr garbon 5mm o drwch dim ond mynyddiad arwyddocaol ar wyneb, tra bod plât alloy alwminiwm o'r un drwch wedi datblygu cracio traws. Mae hyn oherwydd bod ffibr garbon yn possefu cryfder pwyslo saith gwaith cystal â stâl, gan gallu hyn ddwyn ymholiadau tryledu trwy groesiad cydweithredol rhwng ffibr a smwddf.

Achosion Cadarnhau Ymarferol

Mae gan gar drysio Ford Mustang Shelby GT gorff cyfan o ffibr garbon. Mewn prawf taro ar 120 km/h, lleihawyd dadleoliad y gorff gan 40% o gymharu â gorff o stâl, tra arosodd y gompartogi tadleisiaid yn gyflawn. Maen datrys racio'n awgrymu bod y gorff o ffibr garbon yn lleihau'r risg o anafiadau perthnasol i dorriadau o 65%.
Mae'r nodwedd hon "caled ond nid chryn" yn union pam mae'r diwydiant awyrennau yn dibynnu arni fel y math egwyl ar gyfer corffonydd llongau gofod—yn gallu dal ymddiheuro rhag taroion o sbrioed gofod tra yn lleihau pwysau cyflwyno.

Dim ond du? Mae fiber carbon lliwgar bellach wedi'i gynhyrchu ar raddfa fawr ac mae wedi'i gymhwyso.

Mae gan fiber carbon traddodiadol liw du yn naturiol oherwydd bod cwmwlau electron π a ffurfwyd gan atomau carbon sp² sydd ar ei wyneb yn haniaelu'r ystod olwg lawn. Fodd bynnag, mae'r botlenniwl hwnnw wedi'i ddatrys erbyn hyn.
Mae technoleg lliwio micro-nano a ddatblygwyd gan y tîm Brifysgol Testun Wuhan o dan Arweinydd Xu Weilin wedi rhoi edmygedd lliwgar i fiber carbon: Trwy greu strwythurau cyfnodol ar raddfa nanomedr ar wyneb y ffibr trwy sblado magnetron ac yn defnyddio effeithiau croestoriad goleuni i gynhyrchu lliw, nid yw'r technoleg yn ddigonol amgylcheddol a chynhaedlog o ran lliw, ond hefyd yn cadw priodweddau mecanyddol gwreiddiol y deunydd. Mae cynhyrchu masnachol presennol o feintiau lliwgar yn cynnwys amrywiaeth eang o liwiau gan gynnwys coch, glas a aur, gan gyrraedd cais ymarferol mewn tair maes mawr:

Sector defnyddiau uchel

Mae'r casgliad Ffrwydroedd Richard Mille yn nodweddio corff o wblennau carbon syth oroesol a gynhyrchir trwy haenau mewnol o wblennau carbon du a lliwiedig sydd wedi'u wasgu'nghyd, sy'n cyrraedd caledrwydd o HRC55 ac yn pwyso 40% llai na chasglu o waithfa dur.

Diwydiant Twnio Ceir

Mae sglefyddion coch o wblennau carbon yn nodwedd arwyddocaol o geir perfformiad, gyda rhai cynyrwyr cenedlaethol nawr yn cyrraedd cynhyrchu ar radd fawr.

Sefydrefn Ddioddefol Smart

Mae band iechyd wedi'i wneud o wblennau carbon cerfluniog a chrysfeddiog mân sydd â'r gallu i monitro cyfradd y galon ond hefyd yn nodweddio hygrededd sy'n gwrthsefyll 100,000 blychdan heb newid siâp.

Mae'r emergence o brodydd lliwgar hyn yn troi gwlêniadur carbon o "deunydd diwydol" i "elfen ffasiwn".

Tori Prejegwriaeth: Degawd Nesaf Gwlêniadur Carbon

O ddeunyddiau ar flaen y daith yn awyrennau i ddewisiadau hygyrcheddol mewn marchnadoedd cynsument, ni cheisir stopio datblygiad ffibr gwrbon. Pan ystyriwn fod 30% o'i gost yn dod o drafnidiaeth (sydd yn gallu cael ei leihau â phŵer gwyrdd yn y dyfodol), mae ei chynhyrchiant i wrthwynebu effaith yn fawr dramor na metelau, ac mae ei ddewisiadau lliw'n parhau i ehangu, mae'n glir: mae'r "stereoteipiau" o amgylch ffibr gwrbon yn cael eu haddaru un fesul un trwy arloesi technolegol.