10 наиболее распространенных областей применения высокоэффективных композитов

Композиты получают путем соединения двух или более материалов, которые дополняют и улучшают друг друга, но при этом сохраняют свои собственные уникальные характеристики в конечном продукте.
Благодаря своим превосходным свойствам композиты находят широкое применение в аэрокосмической промышленности, автомобилестроении, строительстве, энергетике, хранении энергии, инфраструктуре, судостроении, трубопроводах и резервуарах, спорте и отдыхе, транспорте и еще десяти основных отраслях.

1. Аэрокосмическое пространство

Крупнейшие производители комплектующих для аэрокосмической отрасли, такие как Airbus в Европе и Boeing в США, продемонстрировали потенциал масштабного применения композитов в авиации, а NASA обратилось к производителям композитов за инновационными композитными решениями для ракет и других космических аппаратов.

Доля композитных материалов увеличивалась с каждым новым поколением самолетов, разработанных компанией Boeing. В Boeing 787 Dreamliner доля композитных материалов превысила 50 процентов.Основные структурные компоненты Boeing 787 Dreamliner изготовлены из углеволокнистых “сэндвич”-композитов и усовершенствованных углеволоконных ламинатов.
Арамидные волокна, с другой стороны, широко используются для создания узлов передней и задней кромки крыла, а также очень жестких и очень легких переборок, топливных баков и полов.Кроме того, в аэрокосмической промышленности широко используются современные композиты, состоящие из комбинаций высокопрочных жестких волокон, встроенных в обычные матричные материалы.

2. сектор автомобильной промышленности

Композиты для автомобильной промышленности
Автомобильная промышленность – огромный рынок конечного использования композитов – не чужда композитам.Помимо новаторского дизайна автомобилей, композиты помогают сделать их более легкими и экономичными.Автомобили требуют надежных, синхронизированных механизмов с компонентами, выдерживающими трение, коррозию и перепады температур.
Неточности в конструкции или производстве влияют на эксплуатационные характеристики и могут стоить производителям бизнеса.По сравнению с металлической сталью композиты обладают свойствами, которые отвечают и превосходят потребности автомобильной промышленности.К этим уникальным свойствам относятся:
-Низкий коэффициент теплового расширения
-отличная стабильность размеров для сохранения формы и надежности
-коррозионная стойкость во влажных и сухих условиях
-Высокая ударная прочность, позволяющая выдерживать многократное использование
-Относительно низкий вес для снижения общей массы автомобиля
-Большая звукоизоляция для улучшения эксплуатационных характеристик
-Пригодность к окраске, включая способность соответствовать требованиям к поверхности класса А, процессам окраски и запекания
-Простота изготовления и относительно низкая стоимость

На сегодняшний день композиты используются в широком спектре конструктивных автомобильных компонентов, от корпусов фар до подкапотных электрических и изоляционных компонентов, наружных частей кузова, интерьера и элементов отделки.Ниже приведен список распространенных областей применения композитов в автомобильных компонентах:
-дефлекторы и спойлеры
-впускные коллекторы
-корпуса и крышки аккумуляторов
-Бамперы и балки бамперов
-крышки головок цилиндров (например, клапанов, коромысел, кулачков)
-Рамки окон/люков
-Панели отверстий передней решетки радиатора
-Кожухи передних фар
-Тепловые экраны (например, двигателя, трансмиссии)
-Стойки и крышки

3. Строительство

Строительное сообщество переживает значительный рост в понимании и использовании композитов.Композитные материалы обеспечивают высокую производительность и ценность для архитекторов и дизайнеров при реализации крупномасштабных проектов, а также все чаще используются в коммерческих и жилых зданиях.

В недавней статье “Palari Group строит устойчивые 3D-печатные сообщества и дома” говорится, что Mighty Buildings – это строительная компания, которая использует 3D-печать, робототехнику и автоматизацию для создания доступных и устойчивых домов.Основным компонентом дома является Mighty Panel – 3D-печатная 100% полимерная композитная панель со структурой, изоляцией, интеграцией MEP, воздушными/влажными/пожарными барьерами и внутренней/внешней отделкой. Mighty Buildings печатает отдельные панели на своей фабрике, а затем собирает их в дом на строительной площадке.
Высокопрочные свойства углеродного волокна играют активную роль в строительном секторе.Чрезвычайно прочное, мягкое и легкое в укладке, углеродное волокно может использоваться для ремонта и укрепления зданий, как если бы они были совершенно новыми.Ламинаты из углеродного волокна широко используются для увеличения несущей способности плит перекрытий и колонн.Кроме того, углеродное волокно устойчиво к землетрясениям, поэтому его можно использовать для усиления конструкций в новых зданиях и в качестве замены стальных сборных элементов.

4. зона хранения энергии

Многофункциональные композиты для хранения энергии (MESC) позволяют улучшить механические свойства за счет встраивания слоя аккумулятора в структуру с заклепками, удерживающими слой аккумулятора на месте.Экспериментальные испытания показали, что MESC могут иметь электрохимическое поведение, сравнимое с другими материалами.MESC достигает в 15 раз большей механической жесткости при эффективности инкапсуляции 60 % по сравнению с батареями с гибкой упаковкой.

Другие примеры применения композитов для хранения энергии включают:
-водородные резервуары для аэрокосмической промышленности
-системы водородных топливных элементов
-аккумуляторы из натуральных композитных материалов

5. зоны инфраструктуры

Строго говоря, не существует четкого разграничения между инфраструктурой и строительством, которое в последние годы вступило в новую фазу с появлением новых, недорогих, высокоэффективных конструкционных композитов.Волокнистые армированные пластики (FRP) не только могут заменить сталь во многих несущих конструкциях, но и доказали возможность усиления бетонных балок внутренними или внешними волокнистыми армированными пластиками (FRP).

Композитные материалы из стеклянных, арамидных или углеродных волокон все чаще рассматриваются для предварительного, постнапряженного или армированного бетона.Для замены проржавевшей стальной арматуры стеклопластиковые системы могут в конечном итоге использоваться для настилов бетонных мостов или других открытых бетонных конструкций пола.
Коррозионностойкие свойства – один из основных факторов, делающих углеродное волокно столь востребованным в инфраструктурном секторе.Углеродное волокно не ржавеет и не корродирует, поэтому слой бетона из углеродного волокна может быть гораздо тоньше, так как ему не требуется коррозионная стойкость, как стальному сердечнику, что значительно сокращает количество бетона, используемого в здании, и дает другие преимущества, такие как снижение затрат, ускорение строительства и сокращение времени высыхания.Кроме того, благодаря своей хорошей электропроводности углеродное волокно может использоваться для защиты от электромагнитных помех и передавать информацию о параметрах здания, что делает его неотъемлемой частью интеллектуальных зданий.

6. Новые энергетические направления

Использование композитов в возобновляемой энергетике будет играть все более важную роль благодаря созданию конструкций, способных использовать устойчивые источники энергии.Небольшой вес, более низкие транспортные и монтажные расходы по сравнению с металлическими конструкциями и, что особенно важно, более низкие эксплуатационные расходы на протяжении всего жизненного цикла конструкции сделали композиты фактическим материалом, который может обеспечить экономичное решение для крупномасштабных проектов.

Легкий вес и сложная форма лопастей ветряных турбин сделали композиты лидером в этой области. Для изготовления лопастей используются формы, разработанные для экономичного производства с минимальными трудозатратами.Текущие исследования и разработки направлены на то, чтобы соответствовать увеличенным размерам, требуемым для лопастей турбин и роторов как для наземных, так и для морских систем.