A kompozit anyagok felhasználási területe

A kompozit anyagokat két vagy több más anyag kombinálásával állítják elő, hogy azok kiegészítsék és javítsák egymást, miközben a végtermékben megőrzik saját egyedi tulajdonságaikat.

műanyag lap extrudáló gép

műanyag újrahasznosító gépek

Kiváló teljesítményüknek köszönhetően a kompozit anyagokat széles körben használják számos területen, és ez a cikksorozat átfogó áttekintést nyújt a kompozit anyagok főbb alkalmazási területeiről, beleértve a repülőgépipart, az autóipart, az építőipart, az energetikát, az energiatárolást, az infrastruktúrát, a tengerészetet, a csővezetékeket és tárolótartályokat, a sportot és a szórakoztatást, a közlekedést és további tíz területet.

1

légtér

Az olyan nagy repülőgépipari OEM-ek, mint az európai Airbus és az amerikai Boeing, lehetőséget mutattak a kompozitok nagymértékű repülésben történő alkalmazására, míg a NASA innovatív kompozit megoldásokkal rendelkező rakétákhoz és más űrhajókhoz keres kompozitgyártókat.

A Boeing által fejlesztett minden új repülőgépgenerációban nőtt a kompozit anyagok aránya, és a Boeing 787 Dreamlinerben is meghaladta az 50%-ot. A Boeing 787 Dreamliner fő szerkezeti elemei inkább szénszálas „szendvics” kompozitokból és fejlett szénszálas laminátumokból készülnek, eltávolodva az archaikus üvegszálas kompozitoktól.

Másrészt az aramid szálakat széles körben használják az elülső és a hátsó él szárnyszerkezeteinek, valamint a nagyon merev, nagyon könnyű válaszfalak, üzemanyagtartályok és padlók építésében. Ezenkívül a repülőgépiparban széles körben alkalmazzák a fejlett kompozit anyagokat is, amelyek nagy szilárdságú és merev szálakból állnak, és közönséges mátrixanyagokba ágyazódnak.

2

Autóipar

A kompozit anyagok legnagyobb végfelhasználói piacaként az autóipar sem ismeretlen a kompozit anyagok világában. Az úttörő járműtervezés mellett a kompozit anyagok segítenek a járművek könnyebbé és üzemanyag-takarékosabbá tételében is. Az autókhoz megbízható, szinkronizált mechanizmusokra van szükség, olyan alkatrészekkel, amelyek ellenállnak a súrlódásnak, a korróziónak és a hőmérséklet-ingadozásoknak.

A tervezési vagy gyártási pontatlanságok befolyásolják a teljesítményt, és költséget jelenthetnek a gyártónak. A fémacélhoz képest a kompozit anyagok teljesítménye megfelel az autóipar igényeinek, sőt meghaladja azokat. Ezek az egyedi tulajdonságok a következők:

alacsony hőtágulási együttható

Kiváló méretstabilitás az alaktartás és a megbízhatóság érdekében

Korrózióállóság nedves és száraz körülmények között

Nagy ütésállóság az ismételt használat kibírásához

Viszonylag könnyű súly a jármű össztömegének csökkentése érdekében

Jobb hangszigetelés és jobb teljesítmény

Festési alkalmasság, beleértve az A osztályú felületi követelményeknek való megfelelést, a festési és kiégetési folyamatokat

Könnyen gyártható és viszonylag alacsony költségű

A kompozit anyagok tipikus alkalmazásai az autóipari belső és külső szerkezetekben

A kompozit anyagokat széles körben használják számos autóipari szerkezeti alkatrészben, a fényszóróházaktól kezdve a motorháztető alatti elektromos és hőszigetelő alkatrészeken át a karosszéria külső alkatrészeiig, a belső szerkezetekig és a díszítőelemekig. Az alábbiakban felsoroljuk a kompozit anyagok autóipari alkatrészekben való gyakori alkalmazásait:

Terelőlemezek és spoilerek

szívócső

Akkumulátortartó és fedél

Lökhárítók és lökhárító gerendák

Hengerfejek (pl. szelepek, szelephimbák, bütykök) burkolatai

Ablak-/napfénytető keret

Elülső rács nyitólemeze

az első fényszóró háza

Hővédő pajzsok (pl. motor, sebességváltó)

Rugóstagok és burkolatok

3

Építőipari szektor

Az építőipari közösség jelentős fejlődést tapasztal a kompozit anyagok megértése és használata terén. A kompozitok nagy teljesítményt és értéket biztosítanak az építészek és tervezők számára nagyszabású projektekben, és egyre nagyobb mértékben használják őket kereskedelmi és lakóépületek építésében.

Egy nemrég megjelent cikkben a Palari Group fenntartható 3D nyomtatott közösségeket és otthonokat épít. A Mighty Buildings egy építőipari technológiai vállalat, amely 3D nyomtatást, robotikát és automatizálást használ megfizethető és fenntartható otthonok létrehozására. A ház alapvető építőköve a Mighty Panel, egy 3D nyomtatott, 100%-ban polimer kompozit panel szerkezeti, szigetelési, MEP integrációs, lég-/nedvesség-/tűzzáró, valamint belső/kültéri burkolatokkal. A Mighty Buildings egyedi paneleket nyomtat a gyárában, majd az építkezésen szereli össze őket házakká.

Az építőiparban a szénszál nagy szilárdságú tulajdonságai pozitív szerepet játszanak. A szénszál rendkívül erős, puha és könnyen fektethető, és felhasználható épületek javítására és megerősítésére, hogy azok új épületek kinézetét keltsék. A szénszálas laminátumokat széles körben használják a födémek és oszlopok teherbírásának növelésére. Ezenkívül a szénszál ellenáll a földrengés okozta károknak, így új épületek szerkezeti megerősítésére és az előregyártott acél helyettesítőjeként is használható.

4

Energiatároló mező

A többfunkciós energiatároló kompozitokat (MESC-ket) úgy fejlesztik, hogy az akkumulátorrétegeket beágyazzák a szerkezetbe, és egymásba illesztett szegecsekkel rögzítik az akkumulátorrétegeket, ezáltal javítva a mechanikai tulajdonságokat. Kísérleti tesztek azt mutatják, hogy a MESC-k elektrokémiai viselkedése összehasonlítható lehet más anyagokéval. A tasakos cellákhoz képest a MESC-k 15-ször nagyobb mechanikai merevséget érnek el 60%-os tokozási hatékonyság mellett.

A kompozitok egyéb reprezentatív alkalmazásai az energiatárolásban a következők:

Hidrogéntartályok repülőgépiparban

Hidrogén üzemanyagcellás rendszer

Természetes kompozit anyagból készült akkumulátor

5

infrastruktúra területén

Szigorúan véve nincs szigorú különbségtétel az infrastruktúra és az épületek között. Az elmúlt években, az új, alacsony költségű, nagy teljesítményű szerkezeti kompozit anyagok megjelenésével az infrastruktúra-építés új szakaszba lépett. A szálerősítésű műanyag (FRP) nemcsak számos teherhordó szerkezetben helyettesítheti az acélt, hanem a betongerendák belső vagy külső ragasztású szálerősítésű műanyaggal (FRP) történő megerősítése is megvalósíthatónak bizonyult.

Az üveg-, aramid- vagy szénszálakból készült kompozitokat egyre inkább fontolóra veszik beton előfeszítésére, utófeszítésére vagy megerősítésére. A korrodált betonacélok cseréjére az FRP rendszerek végül beton hídpályalemezekben vagy más kültéri betonpadló szerkezetekben is alkalmazhatók.

A korrózióállóság az egyik fő tényező, ami a szénszálat olyan vonzóvá teszi az infrastrukturális szektorban. A szénszál nem korrodál és nem rozsdásodik, így a szénszálas betonréteg jelentősen elvékonyítható, mivel nem kell figyelembe venni a korrózióvédelmet, mint az acélmag esetében. Ez jelentősen csökkenti az épületben felhasznált beton mennyiségét, és egyéb előnyökkel is jár, mint például a költségek csökkentése és az építési folyamat felgyorsítása, a száradási idő lerövidülése stb. Ezenkívül jó elektromos vezetőképessége miatt a szénszál elektromágneses interferencia árnyékolására használható, épületparaméter-információk továbbítására, és az intelligens épületek szerves részévé válhat.

6

Új energiamező

A kompozit anyagok megújuló energiaforrásokban való felhasználása egyre fontosabb szerepet fog játszani az olyan szerkezetek létrehozásában, amelyek képesek a fenntartható energiát hasznosítani. Az alacsonyabb súly, az alacsonyabb szállítási és telepítési költségek, és ami a legfontosabb, a szerkezet élettartama alatti alacsonyabb karbantartási költségek a fémszerkezetekhez képest a kompozitokat a nagyszabású projektek tényleges anyagává tették. Gazdaságos megoldásokat kínálnak.

A szélturbina-lapátok könnyű súlya és összetett szárnyprofil-alakja a kompozitokat vezetővé tette a területen, olyan formákat használva, amelyeket úgy terveztek, hogy a lapátokat gazdaságosan, minimális munkaerő-ráfordítással gyártsák. A jelenlegi kutatás és fejlesztés célja a szárazföldi és tengeri rendszerek turbina- és rotorlapátjaihoz szükséges megnövekedett méret kielégítése.

7

óceánmező

Az FRP kompozitokat évtizedek óta sikeresen használják tengeri alkalmazásokban, például radomokként és tömegszerkezetekként, szuperjachtokként, munkahajókként és szabadidős hajókként. Újabban az FRP-t kevésbé ismert alkalmazásokban, például csapágyakban, hajócsavarokban, kereskedelmi nyílásokban, kipufogókban és tetőszerkezetekben használják.

Az üvegszálas kompozitok tengeri alkalmazásokban történő alkalmazása volt az üvegszálas kompozitok egyik első jelentős alkalmazási területe. Forradalmasította a nagyméretű kompozit szerkezetek tervezését és gyártását számos területen. A hajót az Egyesült Királyságban gyártják különféle eljárásokkal, beleértve a kézzel fektetett üvegszálas kompozitot, a gyantainfúziót, a hőre lágyuló műanyagot és a nagy teljesítményű szénszálas prepreget versenyjachtokhoz.

A GRP fő előnyei a tengeri alkalmazásokban:

Környezetállóság, beleértve a rothadásmentességet, a korrózióállóságot stb.

Képesség varratmentes, összetett alakú szerkezetek feldolgozására

A terhelési viszonyoknak megfelelően állítható szilárdság

Kiváló szilárdság-súly arány – az üvegszálerősítésű (GRP) hajószerkezetek jellemzően feleakkorák, mint az egyenértékű acélszerkezetek.

alacsony karbantartási igény és könnyű javítás

kiváló tartósság

Az evezős csónakok esetében a kompozit anyagokat szélesebb körben használják, mint bármely más tengeri szerkezet. A speciális követelmények miatt a felhasznált anyagok nem tipikus tengeri építőanyagok. A minimális súly és a maximális merevség kulcsfontosságú volt a tervezés során, hogy maximális sebességgel lehessen vitorlázni, és ellenálljon a hullámok és a tengeri környezet egyéb elemeinek hatásainak.

A szénszállal erősített epoxi kompozitokat gyakran használják méhsejt- vagy habmaggal töltött hajótestekhez, vázakhoz, gerincekhez, árbocokhoz, rudakhoz és bumokhoz, szén csörlődobokhoz és tengelyekhez. Az FRP használata segít javítani a teljesítményt és minimalizálni a navigációs hibák és meghibásodások kockázatát a változó nemzetközi vitorlázási körülmények között.

8

Csővezetékrendszer mező

A kompozit csővezeték-rendszereket több mint 25 éve használják vegyi üzemekben. A kompozit anyagok ipari alkalmazása az 1970-es években vált széles körben elterjedtté. Napjainkban a kompozit csővezetékek és tartályberendezések egyre népszerűbbek a föld feletti és föld alatti, kereskedelmi, önkormányzati és lakossági alkalmazásokban. Az alacsony költségű földgáz tovább bővíti a piacot, ahogy új vegyipari létesítményeket fejlesztenek, és a régebbi létesítményeket bővítik.

A kompozit csövek tipikus alkalmazásai és termékei a következők:

légszennyezés ellenőrzése

akvakultúra

kémiai feldolgozás

sótalanítás

Kőolaj és földgáz

Víz- és szennyvízkezelés

csővezeték

Szerelvények és bélések

Csővezeték rendszer

Üzemanyagtartály bélése

olajtároló tartály

Folyamattároló

Súroló

szelep

9

Sport- és szabadidőpálya

A szénszál mindig is kiemelkedő szerepet játszott a sporteszközök területén, a versenyzéstől a síelésen, golfon, horgászáson és teniszen át széles körben használták. A szénszál növekvő népszerűségével és csökkenő árával egyre inkább a sporteszközökben használják.

A szénszálat ma már számos ütőben, snowboardban, szánkóban, hokiütőben, horgászbotban, golfütőben, kerékpárban, szörfdeszkában, sárkányban, cipőben és más sporttermékben használják.

Szénszál a sportban és a szabadidőben

Jelenleg a 10 legnépszerűbb szabadtéri sport- és szabadidős tevékenység közül 7-ben kompozit anyagokat használnak. Az üvegszállal és szénszállal erősített kompozitok továbbra is helyettesítik a fát és a fémet a horgászbotokban, teniszütőkben, kajak evezők tengelyeiben, szörfárbocokban és deszkákban, hokiütőkben, sárkányokban és kerékpárkormányokban.

10

Szállítás

A szállítmányozási iparban egyre nagyobb járműveket használnak. Legyen szó buszról, vonatról vagy csuklós teherautóról, az ötlet egyszerű: több rakományt szállítani. A kihívás az, hogy megtaláljuk a módját a nagyobb rakományok biztonságos szállításának, miközben üzemanyagot takarítunk meg és csökkentjük a környezeti terhelést. A kompozitok lenyűgöző választ kínálnak erre a kihívásra.