Автор работы: Пользователь скрыл имя, 15 Октября 2013 в 21:58, реферат
Мы знаем, что применение металлов чрезвычайно многообразно из стали можно сделать и штопор, и корпус военного корабля; из алюминия изготавливают и оберточную фольгу, и самолеты и т. д. Этого нельзя сказать об углепластиках, хотя область их применения простирается от изготовления бытовых предметов и до использования в космических аппаратах. Углепластики обладают комплексом весьма ценных свойств, и поэтому их применение постоянно расширяется. В данной главе сделана попытка обобщить различные направления использования этих перспективных материалов. Однако так как углепластики являются сравнительно новыми материалами, во многих областях их применение еще находится на стадии становления и развития. Поэтому мы ограничимся оценкой ситуации в первой половине 1980-х годов.
Введение
1. Углеродное волокно
2. Получение
3. Применение углепластиков в аэрокосмической промышленности
4. Искусственные спутники
5. Применение углепластиков в военной промышленности
6. Использование углепластиков для изготовления спортивных изделий
7. Применение углепластиков в медицине
8. Применение углепластиков в автомобилестроении
9. Применение углепластиков в электронике и электротехнике
Заключение
Список литературы
Тем не менее когда в 1973 г. возник нефтяной кризис, остро встал вопрос экономии энергии. К тому же с ростом парка автомобилей обостряется проблема загрязнения окружающей среды. В связи с этим во всех странах стали интенсивно проводить теоретические и прикладные исследования по уменьшению потребления горючего, количества выхлопных газов и шума автомобилей, повышению их безопасности и т. д. Естественно, что в этих исследованиях приняли участие и фирмы-изготовители углепластиков. Все это привело к ускоренной разработке углепластиков для применения их в автомобилестроении с целью снижения массы автомобилей.
Например, в США в 1975 г. введены контрольные цифры по расходу горючего для легковых автомобилей в зависимости от года их производства. Для автомобилей выпуска 1978 г. минимальный пробег при использовании 1 л горючего должен составлять 7,6 км, а для автомобилей выпуска 1985 года - 11,6 км/л. Если же характеристики автомобиля не соответствуют этим контрольным цифрам, то на фирму, производящую автомобили, налагается штраф в размере 5 дол. за каждые не достающие до контрольной цифры 0,0042 км/л для каждого автомобиля.
Экономия горючего достигается путем снижения массы автомобиля, а также благодаря повышению эффективности работы двигателя, улучшению аэродинамических характеристик, применению системы турбо-наддува и т. д. Для повышения экономичности автомобиля на 0,0042 км/л необходимо снизить его массу приблизительно на 7 кг. Это означает, что для достижения контрольных цифр по расходу горючего только путем снижения массы автомобиля требовалось уменьшить ее за 7 лет приблизительно на 660 кг. Предполагается посредством замены деталей из стали и чугуна на детали из углепластиков, стеклопластиков, армированных углеродными или стеклянными волокнами термопластов, и других конструкционных полимерных материалов снизить массу автомобилей за 10 лет приблизительно на 320 кг. Такое снижение массы автомобилей соответствует приблизительно лишь 50% ее величины, необходимой для достижения контрольных цифр по расходу горючего. Поэтому наряду с использованием новых перспективных материалов следует уменьшать размеры автомобилей, увеличивать эффективность использования энергии и осуществлять другие меры по снижению расхода горючего.
В 1977 г. фирма "Форд" сообщила о плане разработки облегченного экспериментального автомобиля, в котором будут использованы в основном углепластики и гибридные армированные пластмассы на основе углеродных и стеклянных волокон. Первый опытный экземпляр такого автомобиля был создан в мае 1979 г. В опытной модели "Форд LTD" 1979 г. из углепластиков, гибридных и других композитов на основе углеродных и стеклянных волокон были изготовлены кузов, шасси, двери, бампера и другие детали автомобиля. В результате использования конструкционных полимерных материалов масса автомобиля снизилась с 1698 до 1137 кг, т. е. приблизительно на 33%, а экономичность повысилась с 7,2 до 9,7 км/л, т. е. на 35%.
Фирмы "Дженерал моторе" (США), "Крайслер" (США), "Мерседес Бенц" (ФРГ) и "Вольво" (Швеция) разрабатывают приводные (карданные) валы, рессоры и другие детали из углепластиков, а фирма "Плимут" (США) ведет работы по применению углепластиков в деталях двигателя. Например, значительное повышение экономичности двигателя достигается благодаря снижению массы поршневых пальцев, шатунов, штока толкателя клапана, клапанного коромысла и других деталей двигателя. По сравнению с другими материалами использование углепластиков, в том числе армированных волокнами термопластов, экономически целесообразно. Полимерная матрица должна выдерживать в условиях эксплуатации высокие температуры и нагрузки. Поэтому изучается возможность использования в качестве полимерных матриц термостойких эпоксидных смол, полиимидных смол, полиэфирсульфонов, полиэфиркетонов и других смол.
Рассмотрим вопрос об изготовлении листовых рессор. Жесткость одной стальной пластины рессоры, выдерживающей определенную нагрузку (пластина с определенной толщиной), оказывается очень высокой -постоянная пружины будет ниже необходимой. Поэтому до настоящего времени использовались рессоры, состоящие из нескольких пластин (в легковых автомобилях - из 2-4 пластин, а в грузовых автомобилях - из 10 и больше пластин). Если же использовать углепластики, обладающие к тому же очень высокими усталостными характеристиками, то можно существенно снизить массу листовых рессор. Используя гибридные композиционные полимерные материалы на основе стеклянных и углеродных волокон, можно получить еще более хорошие характеристики листовых рессор, чем при использовании углепластиков. Листовые рессоры из армированных пластиков можно изготавливать методом горячего прессования с высокой экономической эффективностью.
При использовании углепластиков для изготовления приводных (карданных) валов ожидается: 1) снижение их массы; 2) увеличение критической скорости вращения R = К (EI/WL^y'^ (К - постоянная, Е - модуль упругости при изгибе, / - момент сопротивления сечения, W - масса единицы длины вала, L - длина приводного вала); 3) увеличение длины приводного вала (возможность изготавливать не двухступенчатые, а одноступенчатые валы); 4) повышение вибрационных и снижение шумовых характеристик валов; 5) повышение их коррозионной стойкости.
Ожидается, что при расширении области применения углепластиков их стоимость снизится до 5000 иен/кг. Разработка сравнительно дешевых методов массового производства в ближайшем будущем приведет к тому, что различные композиционные материалы, и в первую очередь углепластики, получат широкое применение в автомобилестроении.
Применение углепластиков в электронике и электротехнике
Углеродные волокна обладают высокой электропроводностью. Поэтому применение композиционных материалов на их основе в электронике и электротехнике имеет свои особенности по сравнению со стеклопластиками. Стеклопластики, обладающие электроизоляционными свойствами и пропускающие электромагнитные волны, в основном применяются для изготовления печатных плат, элементов индукционных катушек, различных соединительных электроизолирующих деталей, прозрачных для радиоволн обтекателей антенн и корпусов приборов и т. д. Армированные углепластики, наполненные углеродными волокнами термопласты и другие композиционные материалы на основе углеродных волокон имеют высокие значения прочности, жесткости, демпфирующих характеристик, низкий коэффициент линейного расширения, антифрикционные свойства и в то же время способны экранировать электромагнитные волны. В радио- и электротехнике они часто применяются для изготовления конических поверхностей репродукторов, резонаторов звуковых аппаратов, кронштейнов повышенной жесткости, шестерен, кулачков, валов, рефлекторов параболических антенн, элементов конструкций, экранирующих электромагнитные волны и т. д.
В 1976 г. Федеральная комиссия США по связи регламентировала уровень напряженности электрического поля, генерируемого электронными приборами, работающими в диапазоне частот выше 10 кГц. В связи с этим возросла актуальность разработки материалов, экранирующих электромагнитные помехи. Экранирующие покрытия изготавливают как из обычных углеродных волокон, так и с использованием углеродных волокон, покрытых слоем никеля, меди или другого металла. Для получения композитов используют совмещение углеродных волокон с волокнами из термопластов (с помощью инжекционного формования) или метод горячего прессования углепластиков на основе термореактивных смол.
Заключение
С уверенностью можно сказать, что еще как минимум полвека будут появляться все новые и новые виды товаров на основе углеродного волокна. И вряд ли можно найти другой вид сырья, обладающий таким высоким потенциалом с точки зрения реализации изобретательских идей.
Литература