Comprensione dei compositi CFRP

— Le straordinarie capacità dei polimeri rinforzati con fibra di carbonio.

Fibra di carbonioI compositi polimerici rinforzati (CFRP) sono materiali leggeri e resistenti utilizzati nella produzione di numerosi prodotti utilizzati nella nostra vita quotidiana.È un termine usato per descrivere un rinforzato con fibremateriale compositoche utilizza la fibra di carbonio come componente strutturale primario.Va notato che la "P" in CFRP può anche indicare "plastica" anziché "polimero".

In generale, i compositi CFRP utilizzano resine termoindurenti come epossidiche,poliestere o vinilestere.Sebbeneresine termoplastichesono utilizzati nei compositi CFRP, "Compositi termoplastici rinforzati con fibra di carbonio" spesso con il proprio acronimo, compositi CFRTP.

Quando si lavora con i compositi o all'interno dell'industria dei compositi, è importante comprendere i termini e gli acronimi.Ancora più importante, è necessario comprendere ilproprietà dei compositi FRPe capacità dei vari rinforzi come la fibra di carbonio.

Proprietà dei compositi CFRP

I materiali compositi, rinforzati con fibra di carbonio, sono diversi dagli altri compositi FRP che utilizzano materiali tradizionali come la fibra di vetro ofibra aramidica.Le proprietà dei compositi CFRP che sono vantaggiose includono:

Peso leggero:Un tradizionalecomposito rinforzato con fibra di vetroutilizzando fibra di vetro continua con una fibra di vetro al 70% (peso del vetro/peso totale), avrà comunemente una densità di 0,065 libbre per pollice cubo.

Nel frattempo, un composito CFRP, con lo stesso peso di fibra del 70%, potrebbe tipicamente avere una densità di 0,055 libbre per pollice cubo.

Maggiore forza:Non solo i compositi in fibra di carbonio sono più leggeri, ma i compositi CFRP sono molto più resistenti e rigidi per unità di peso.Questo è vero quando si confrontano i compositi in fibra di carbonio con la fibra di vetro, ma ancora di più se confrontati con i metalli.

Ad esempio, una buona regola empirica quando si confrontano l'acciaio con i compositi CFRP è che una struttura in fibra di carbonio di uguale resistenza spesso peserà 1/5 di quella dell'acciaio.Puoi immaginare perché le case automobilistiche stiano studiando l'utilizzo della fibra di carbonio anziché dell'acciaio.

Quando si confrontano i compositi CFRP con l'alluminio, uno dei metalli più leggeri utilizzati, un presupposto standard è che una struttura in alluminio di uguale resistenza probabilmente peserebbe 1,5 volte quella della struttura in fibra di carbonio.

Naturalmente, ci sono molte variabili che potrebbero cambiare questo confronto.Il grado e la qualità dei materiali possono essere diversi, e con i compositi, ilprocesso di fabbricazione, l'architettura delle fibre e la qualità devono essere prese in considerazione.

Svantaggi dei compositi CFRP

Costo:Sebbene sia un materiale straordinario, c'è un motivo per cui la fibra di carbonio non viene utilizzata in ogni singola applicazione.Al momento, i compositi CFRP hanno un costo proibitivo in molti casi.A seconda delle attuali condizioni di mercato (domanda e offerta), del tipo di fibra di carbonio (grado aerospaziale o commerciale) e delle dimensioni della fibra, il prezzo della fibra di carbonio può variare notevolmente.

La fibra di carbonio grezza in base al prezzo per libbra può essere ovunque tra 5 e 25 volte più costosa della fibra di vetro.Questa disparità è ancora maggiore quando si confrontano l'acciaio con i compositi CFRP.

Conducibilità:Questo può essere sia un vantaggio per i compositi in fibra di carbonio, sia uno svantaggio a seconda dell'applicazione.La fibra di carbonio è estremamente conduttiva, mentre la fibra di vetro è isolante.Moltile applicazioni utilizzano fibra di vetro, e non può utilizzare fibra di carbonio o metallo, strettamente a causa della conduttività.

Ad esempio, nel settore dei servizi pubblici, molti prodotti devono utilizzare fibre di vetro.È anche uno dei motivi per cui le scale utilizzano la fibra di vetro come binari della scala.Se una scala in fibra di vetro dovesse entrare in contatto con una linea elettrica, le possibilità di folgorazione sono molto inferiori.Questo non sarebbe il caso di una scala CFRP.

Sebbene il costo dei compositi CFRP rimanga ancora elevato, i nuovi progressi tecnologici nella produzione continuano a consentire prodotti più convenienti.Si spera che, nel corso della nostra vita, saremo in grado di vedere la fibra di carbonio conveniente utilizzata in un'ampia gamma di applicazioni di consumo, industriali e automobilistiche.