Дәстүрге қарсы жаңашылдық: Көпосьті көміртек талшықты материалдар құрылымдық конструкцияларды қайта ойлап шығаруға қалай ықпал етуде?

Көміртек талшықты көпосьті мата өзінің жеңілдігі, жоғары беріктігі және үздік көпбағытты механикалық қасиеттеріне байланысты аэроғарыш, жел энергетикасы, автомобиль жасау, темір жол көлігі, спорт заттары, ғимараттарды нығайту және медициналық жабдықтар сияқты көптеген салаларда кеңінен қолданылады және негізінен ұзақ мерзімді пайдалануға болатын және жоғары өнімділікке ие құрылымдық бөлшектерді жасау үшін қолданылады өнімдер технологияның дамуына және экологиялық талаптардың артуына параллель өзінің қолдану қолданылу аясы әлі де кеңейіп келеді.

Көпосьті мата негізгі ұғымы

1.Көміртегі талшықты көпосьті құрылым деп көміртегі талшығы бар композиттің бірнеше бағытта немесе осьтік бағыттарда қабат-қабат орналасқан құрылымын айтады. Бұл құрылым материалдың жалпы өнімділігін арттыру үшін көптеген бағыттарда беріктік пен қаттылық алуға мүмкіндік береді.

2.Көміртегі талшықты көпосьті мата — полиэфирлі жіптер арқылы 0°/+45°/-45°/90° көпбағытты бұрыштарда ұзынша тоқылған көміртегі талшықты шелектерден жасалған мата.

0/90°	±45°

Көміртегі талшықты көпосьті мата 0°, ±45°, 90° сияқты көпбұрышты талшық қабатты құрылымын қолданады және ұзынша тоқылу технологиясы арқылы дәл орналастыруды қамтамасыз етеді. Талшықтың әрбір қабаты белгілі бір бұрышта орналасып, биологиялық қаңқаға ұқсас биомиметикалық құрылым қалыптастырады. Бұл әмбебап дизайн материалға әртүрлі кернеу бағыттарында жоғары беріктікті сақтауға мүмкіндік береді және дәстүрлі бірбағытты матаның айқын анизотропия кемшілігін жеңеді.

Тоқыма Мата ҚАТЫСТЫ Көпосьті Мата

【PLAIN】

(1) Артық тұрақтылық: Тоқыма нүктелерінің арасындағы қашықтық қысқа болғандықтан, plain weave (жалпақ тоқыма) маталарының тұрақтылығы жоғары, бұл оларды күрделі пішіндегі қабаттармен пайдалануға қолайсыз етеді, өйткені олар басқа маталарға қарағанда созылғыштығы төмен.

(2) Кернеудің шоғырлануы: Тарамдағы артық иілу (тоқыма кезінде талшықтардың жасайтын бұрышы) салдарынан, қатты иілу бөлшекте уақыт өте күш әлсіреуіне әкеп соқтыратын кернеудің шоғырлануын туғызады

【TWILL】

（1）Созылғыштық пен тұрақтылықтың тепе-теңдігі: Тwill (жолақты) мата plain (жалпақ) маталарға қарағанда жақсы емес, бірақ олардың жақсы созылғыштығы бар және күрделі контурларды қалыптастыра алады.

（2）Беріктіктің айырмашылығы: Twill (жолақты) мата plain (жалпақ) маталарға қарағанда әлсізірек, бұл кейбір жоғары созылу беріктігін қажет ететін қолдануларда олардың пайдаланылуына әсер етуі мүмкін.

【Көпось Мата】

Дәстүрлі тоқыма маталарға қарсы:

（1）Көпбағытты беріктік және қаттылық: Бұл күрделі пішінді қабаттамалар үшін тым тұрақсыз болғандықтан, жай мата үшін маңызды жақсарту болып табылады.

（2）Талшық иілуінің азаюы: Ұзына бойы тоқыма композиттердің қабатаралық ысырылудың беріктігін, зақымдалуға төзімділігін, соққыға шыдамдылығын және соққыдан кейінгі сығылу қасиеттерін едәуір арттырады, бұл талшық беріктігі үшін тиімдірек.

Көпось мата қолданылатын салалар

【Әуе-кеңістік：T f22 және Boeing 787-нің «Салмағын азайту» сапары

Ұшақтың қанаттарында, құрылымдық рамаларда және басқа да компоненттерде аэродинамикалық жүктемелер мен көпөлшемді кернеулерге төтеп беру үшін материалдар жеңіл болуы және көпбағытты механикалық қасиеттерге ие болуы тиіс. Көпосьті көміртегі талшықты мата талшықтарды орналастырудың негізделген құрылымы арқасында конструкцияның тұрақтылығын, беріктігін және қаттылығын арттырады

Boeing 787 фюзеляжінің қабығы, желдеткіштің жапырақшалары және т.б. элементтерінде көпосьті көміртегі талшықты мата салмақты едәуір азайтады және көп бағытта тиімді түрде төтеп бере алмайтын дәстүрлі көміртегі материалдарына қарағанда ұзақ мерзімді пайдалануға төзімділігін арттырады

«Темір жол көлігі: CSR Qingdao Sifang Rolling Stock Co. шығарған CETROVO келесі ұрпақ көміртегі талшықты метрополитен қозғалыс құралдары»

Денесі жеңіл, энергияны тиімді пайдаланады. Көміртегі талшықты метрополитен вагонының салмағы 25%, бұрыштауыш шөмілі (көміртегі талшықты көпосьті) салмағы 50% азайды, бүкіл вагонның салмағы шамамен 11% жеңіледі, жұмыс істеу кезінде энергия тұтыны 7%-ға төмендейді, әрбір поезд жылына шамамен 130 тонна көміртегі диоксидін шығарады, бұл 101 акр орман өсіруге эквивалентті.

Жөндеу мен қызмет көрсетудің төменгі циклдық құны. Көміртегі талшықты жеңіл материалдардың және жаңа технологиялардың қолданылуы арқасында көміртегі талшықты метрополитен поездының доңғалағы мен рельсінің тозуы едәуір азаяды, вагон мен рельстің жөндеу көлемі қатты төмендейді, ал тіршілік циклі бойынша жөндеу шығындары 22% азайды.

【Әскери өнеркәсіп: АҚШ-тың F22-Raptor ұшағының күшті қаруы】

Көміртегі талшықтарымен күшейтілген әртүрлі композитті материалдарды, соның ішінде көпосьті доғалық жіптен жасалған көміртегі талшықты композитті материалдарды қолдану арқылы АҚШ-тың F-22 «Raptor» истребителі негізгі қанат, шомбалдақ құйрық, жазық құйрық және фюзеляждың сыртқы қабығы сияқты бөлшектердің массалық үлесін 35%-ға дейін жеткізді, фюзеляж салмағын едәуір азайтты және маневрлену икемділігін, сондай-ақ усталуға және коррозияға төзімділік сияқты қасиеттерін жақсартты. Фюзеляж салмағы қатты төмендеді, ал маневрлену, усталуға және коррозияға төзімділік қабілеті жақсарды.

【Мамандандырылмаған сектор: Келесі ұрпақ материалдары революциясы】

Граждандық салада көпосьті көміртегі талшықты маталар құрылыс, медицина, көлік және спорт құрал-жабдықтары сияқты көптеген салаларда кеңінен қолданылады және олардың өнімдері күнделікті өмірге терең байланысты. Құрылыс саласында бұл материал қол жетімді құрылыс және сенімді нәтиже деген артықшылықтарына байланысты бар болатын инженерлік құрылымдарды жөндеу мен күшейту үшін кеңінен қабылданды, бұл құрылыс саласындағы қолданысының кеңеюіне үлкен ықпал етті. Медициналық салада медициналық технологиялардың дамуы мен денсаулық туралы сананың артуымен бірге жоғары өнімділікті медициналық жабдықтарға деген нарықтық сұраныс үздіксіз өсуде, ал жабдықтардың жоғары жүктемелі жұмыс істеуі оның төзімділігіне қатаң талаптар қояды. Көміртегі талшықты материалдар өзінің мықты химиялық инерттілігі (коррозияға, қышқыл мен сілтіге төзімділік) және өлшемдік тұрақтылығымен танылды, ол медициналық құралдарды шығаруда идеалды материал ретінде қолданылуына мүмкіндік береді. Көлік құралдары көп осьті маталардың жеңілдігі мен жоғары беріктігі сипаттамаларынан (созылуға және жылжытуға мықты төзімділік) пайда көреді, бұл кузовдың өлі салмағын айтарлықтай төмендетіп, энергия тұтынуды азайтады, сонымен қатар оның үздік механикалық қасиеттері көлік құралының пассивті қауіпсіздігін тиімді түрде арттырады. Спорт заттары саласында көміртегі талшықты композиттер өзінің жеңілдігі, жоғары динамикалық тежелуі, үздік шаршауға төзімділігі және төмен деформация сипаттамалары арқылы тұтынушылардың жоғары өнімділікті жабдықтарға деген талаптарын қанағаттандырады және өнімнің сапасы мен төзімділігін қамтамасыз етеді.

Болашаққа көзқарас

Композиттік материалдарды қолдану сұранысының үздіксіз артуымен бірге көпосьті көміртек талшығы кез-келген бұрышта орналасуы, жоғары дәлдіктегі конструкциялау мүмкіндігі және өте жақсы механикалық қасиеттері арқасында көптеген салаларда кеңірек даму кеңістігіне ие болады. Болашақта автоматтандырылған өндіру технологиясының және жаңа смола жүйелерінің дамуы есебінде көпосьті мата өндіру тиімділігі одан әрі артады, өндіру құны төмендейді және көпосьті матаның желдеткіш қанаттары, жаңа энергиялық көліктер, ғарыш-аэроқозғалтқыш және басқа да жоғары дәлдіктегі салаларда кеңінен қолданылуына ықпал етеді. Сонымен қатар, көпосьті матаның үздіксіз соққыға төзімділігі мен шаршауға қарсы төзімділігі ғимаратты күшейту, спорт құрал-жабдықтары және медициналық жабдықтар сияқты азаматтық салаларда да үлкен құндылық қосып, жеңіл, жоғары өнімді өнімдердің таратылуына көмектеседі.