碳纤维并非“高姿态”,应用领域不断拓展

  碳纤维作为一种新型高科技材料,虽然应用成本比传统金属材料要高,但是在提升产品性能、加速产业提质升级方面具有特殊意义。碳纤维复合材料最初是应用于航空航天等高端领域,随着研究的深入和技术的进步,目前碳纤维复合材料的应用领域在不断的扩大,应用比例也在不断地增长,在国防军工和民用方面都属于重要材料。
 
  江苏博实碳纤维科技有限公司是南京一家专业从事碳纤维复材军品研制的高科技企业,在军用碳纤维制品上有着丰富的经验。除了在军用产品上,在生产和生活中也会出现碳纤维的身影。今天博实碳纤维就几个方面跟大家聊聊碳纤维的应用。
 
  1、碳纤维机械臂
 
  碳纤维机械手臂、碳纤维机械关节等这些机器人产业对新材料的应用,使机器人能在很大程度上摆脱自重过大的弊端,并利用碳纤维材料较小的蠕变性保证了在温差较大的环境中稳定的工作状态,在更轻更强的优势中获得了更高层面的应用潜力。博实碳纤维曾为某科研所研发一款碳纤维机械臂,总重量只有3.5kg,将同等尺寸的铝合金机械臂零件与碳纤维机械臂零件,在室温12℃中放置相同时间,最终铝合金机械臂零件变化0.13mm,而碳纤维则无变化,对于机械臂要求的作业精准性来说是十分重要的。
  国家电网正在向全国推广应用的一款变电站巡检机器人,该款机器人在智能电网用输变电及用户端设备方面智能化工作效果显著。该款巡检机器人采用了可伸缩式碳纤维套管机械臂,该机械臂由从宽到窄7个不同型号的臂管组成,壁厚从0.5mm到2mm不等,总重量仅有3KG,大幅度降低了机器人巡检时的耗能,从而延长了工作时间,提高了工作效率。由于碳纤维材料还具有良好的抗腐蚀和耐疲劳性,在较大的温差下蠕变比较小,能保持足够精准度。因此该款巡检机器人完全可以适用于高海拔、酷热、极寒、大风、沙尘、多雨等恶劣环境下的配电站。
 
  2、碳纤维轨道交通设备
 
  碳纤维材料能完美演绎“节能环保”与“轻量化”两个概念,轨道车辆中的车头罩座椅骨架、转向架等车体结构件及墙板、顶板、间壁、座椅骨架、司机台等内饰部件都可以使用碳纤维复合材料,轻量化在实现车体大幅度减重的同时,减少燃料使用和废气排放,提升车速。材料本身的高强度、高拉伸载荷力以及极小的变形性也在一定程度上保障了车体安全。但是车体内部为封闭性空间,高速运行之下,车体内部环境对构成车体的结构材料和内饰材料都提出了更高要求。
  碳纤维复合材料在轨道交通的应用上有着很多成功的案例。例如德国福伊特公司推出的碳纤维增强复合材料过渡车钩,总质量仅23kg,比钢铁过渡车钩减重一半;日本铁道综合技术研究所与东日本客运铁道公司联合研制的CFRP高速列车车顶,使每节车厢减重300-500kg;国内方面,已有部分企业开始在500km/h的高速试验车上采用了碳纤维复合材料车头罩。
 
  3、碳纤维新能源汽车及配件
 
  新能源汽车在继承传统汽车对碳纤维积极应用的基础上,必须有更大的应用力度,因为其在降低自重、解决能耗、减少充电频率、延长电池使用寿命方面有更强的需求,特别是在减少污染和能耗方面,这也是新能源车区别于传统汽车的价值与意义所在。在此情况下,政府制定的车辆燃料经济性严格标准和二氧化碳排放法规促使新能源汽车必须选择碳纤维复合材料。
  电动汽车的重量比传统汽车要超过200-300 kg,为保证电动汽车有较好的续驶里程及可承受成本,电动汽车的车身重量必须减重50%以上。在所有轻量化材料中,碳纤维复合材料是唯一能替代钢质零部件,减重达50-60%,并提供同等强度的先进材料。除了外观覆盖件之外,转向架、车厢、内饰、设备仓、摩擦材料、电池盒等等都属于碳纤维复合材料的应用范围。
 
  4、碳纤维无人植保机
 
  作为农业大国,如何集中有效地检测农作物生长情况以及喷洒农药是高端农业装备正积极解决的问题之一,具有节约农药使用量、作业精度高,防治效果好的农用植保机能通过远距离遥控操作的方式,可以避免喷洒人员直接接触到农药,提高了喷洒作业安全性,并以更精准的方式在很大程度上降低资源成本。用于农业监测的无人机能及时、准确地掌握农作物生长情况,为农业措施提供可靠信息。
  碳纤维桨片、碳纤维机壳、碳纤维壁管等碳纤维复合材料成为无人植保机制造的主流材料。碳纤维复合材料比重仅为钢四分之一,柔韧性好、比强度高,抗拉强度却可以达到普通钢材的10倍以上,具有优异的抗蠕变和抗震性,同时具有良好的耐久性和耐腐蚀性,对耐酸、碱、盐及大气环境的腐蚀都有一定的承受性,可以有效延长无人机的使用寿命。
 
  5、高性能碳纤维医疗器械
 
  随着世界范围内肿瘤病患者的日益增多,放射性医疗设备的需求量迅速上升,放射性诊断及治疗设备随着技术发展已逐渐向放射剂量小及成像分析数字化的方向靠拢,在放射性医疗设备及辅助器械的使用上,不仅要求相关配件对X射线透过性能好,并且要求在满足使用前提下,尽可能地减少放射性物质对患者以及医护人员的危害。
  与此同时,这些配件的强度以及耐用性还要满足设备使用的高频度要求,在质量、卫生性、可靠性和精度方面都需符合高标准医用设备的标准参数。碳纤维复合材料具有满足以上各项要求的优异性能,因此,碳纤维放射性头托、床面板、放疗定位架、乳腺机支撑板、DR平板探测器等碳纤维医疗器械和诊疗设备在临床中得到了越来越多的应用。
 
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