Apa itu Komposit Karbon?

Karena bidang ini terus meningkatkan persyaratan untuk material dalam hal keringanan, kekuatan tinggi, dan ketahanan terhadap korosi, material logam tradisional secara bertahap tidak dapat memenuhi tuntutan ini. Namun, komposit karbon menonjol karena kinerjanya yang komprehensif dan luar biasa, sehingga menjadi fokus aplikasi di bidang material modern. Jadi, penting untuk memahami definisi, komposisi, karakteristik, dan aplikasinya dalam industri terkait.

Definisi Dasar dan Komposisi Komposit Karbon

Definisi

Material komposit karbon adalah jenis material komposit baru dengan fungsi dan sifat mekanik yang spesifik. Material ini terdiri atas serat karbon sebagai bahan penguat, dengan resin, logam, keramik, dll. sebagai bahan matriks. Dan melalui proses pencetakan seperti pencetakan kompresi, penggulungan, pengepresan panas, dll., keduanya terikat erat. Ini mencapai terobosan kinerja, yang jauh melebihi kinerja gabungan dari bahan tunggal seperti baja.

Komponen Utama

Bahan Penguat

Badan penguat secara langsung menentukan sifat mekanik inti seperti kekuatan dan modulus material. Komponen utamanya adalah serat karbon, yang mencakup banyak serat organik seperti poliakrilonitril, serat viskosa, dan lain-lain. Serat ini dibuat dengan menghilangkan kotoran dan menata ulang struktur atom karbon melalui proses seperti karbonisasi suhu tinggi dan grafitisasi. Pada akhirnya, ini membentuk bahan seperti serat dengan diameter hanya 5-10 mikrometer dan kandungan karbon lebih dari 90%. Dan berdasarkan perbedaan performa, serat karbon dapat diklasifikasikan ke dalam beberapa tingkatan:

Kelas tujuan umum (seperti T300)

Kekuatan dan modulus yang moderat, serta biaya yang lebih rendah, sebagian besar digunakan pada peralatan olahraga dan komponen industri biasa.

Kelas performa tinggi (seperti T800, T1100)

Kekuatan tariknya bisa mencapai 5-6 kali lipat dari baja, yang modulus elastisitasnya jauh lebih tinggi daripada paduan aluminium. Jadi, Anda dapat menggunakannya untuk bidang dengan persyaratan kinerja yang sangat tinggi seperti kedirgantaraan dan peralatan kelas atas.

Selain itu, bentuk serat karbon seperti serat kontinu, serat cacahan juga mempengaruhi sifat material.

Bahan Matriks

Bahan matriks bertanggung jawab untuk mengikat serat karbon yang terdispersi menjadi satu kesatuan, yang secara merata menyalurkan beban eksternal. Dan mencegah kerusakan pada serat karbon yang disebabkan oleh lingkungan yang keras, seperti korosi dan suhu tinggi. Saat ini, bahan matriks utama terutama dibagi menjadi tiga kategori:

Matriks resin

Resin epoksi:

Memiliki daya rekat yang kuat, proses pencetakan yang sederhana, dan biaya yang dapat dikontrol, yang merupakan pilihan yang lebih disukai untuk peralatan kedirgantaraan dan olahraga.

Resin fenolik:

Ini memiliki ketahanan panas dan ketahanan api yang baik, sehingga sebagian besar digunakan dalam komponen tahan api.

Resin polimida:

Dapat bekerja secara stabil pada suhu di atas 200℃, yang cocok untuk komponen mesin kelas atas.

Matriks logam

Sebagian besar terdiri atas logam ringan seperti aluminium, magnesium, dan titanium, beserta paduannya. Ini memiliki kekuatan tinggi dan konduktivitas termal yang tinggi, tetapi proses pembentukannya rumit dan biayanya relatif tinggi. Jadi, ini cocok untuk komponen pembuangan panas pada perangkat elektronik dan bilah mesin pesawat terbang, yang memerlukan konduktivitas termal.

Matriks keramik

Ini terutama terdiri dari bahan-bahan seperti silikon karbida dan alumina, yang memiliki ketahanan panas yang sangat baik dan ketahanan aus yang luar biasa. Ini mampu menahan suhu di atas 1000 ℃, yang merupakan bahan inti untuk komponen di lingkungan yang ekstrem.

Karakteristik Inti dari Komposit Karbon

Kekuatan Tinggi dan Modulus Tinggi

Kekuatan tariknya mencapai beberapa kali lipat dari baja, dan modulus elastisitasnya jauh melebihi logam tradisional. Hal ini memungkinkan komponen material komposit karbon berukuran lebih kecil, lebih ringan, sehingga menjamin stabilitas. Dan lebih mampu menahan deformasi secara efektif, yang dapat mengurangi deformasi sayap, serta memastikan keselamatan dan performa penerbangan.

Kepadatan Rendah

Komposit karbon memiliki densitas yang sangat rendah, hanya 1/4 - 1/5 dari baja dan sekitar 1/2 dari aluminium. Jadi, Anda bisa menggunakannya untuk membuat komponen seperti bodi mobil dan sasis, yang bisa mengurangi bobot secara signifikan. Dan di bidang kedirgantaraan, ini mengurangi berat pesawat, yang mengurangi biaya peluncuran dan meningkatkan muatan dan jangkauan.

Ketahanan Korosi dan Ketahanan Kelelahan

Karena stabilitas kimia yang kuat dan ketahanan korosi yang sangat baik, ia tidak bereaksi dengan asam, basa, dan garam. Sehingga dapat bekerja di lingkungan kimiawi yang keras untuk waktu yang lama, yang memperpanjang masa pakai peralatan dan mengurangi biaya perawatan. Selain itu, dengan ketahanan lelah yang luar biasa, kerusakan menyebar secara perlahan dan masa pakai yang lama di bawah beban bolak-balik.

Kemampuan desain

Material komposit karbon memiliki kemampuan desain yang tinggi, kinerja komponen dapat dirancang sesuai kebutuhan. Anda dapat mengubah jenis, konten, arah peletakan dan metode serat karbonserta memilih bahan matriks yang berbeda. Selain itu, dengan memodifikasi proses pencetakan, Anda dapat membuat komponen berbentuk rumit tanpa memerlukan operasi pemotongan yang ekstensif. Hal ini mengurangi pemborosan material dan meningkatkan efisiensi, memungkinkan pemenuhan persyaratan khusus di berbagai bidang dan memperluas cakupan aplikasi.

Area Aplikasi Utama Komposit Karbon

Bidang Kedirgantaraan

Dalam hal pesawat penumpang

Bahan ini mengurangi bobot dan meningkatkan efisiensi bahan bakar, sehingga badan pesawat, sayap dan komponen inti lainnya banyak dibuat dari bahan ini. Dan beberapa jet tempur menggunakannya untuk membuat kulit dan pintu ruang bom, yang meningkatkan kemampuan manuver dan meningkatkan kinerja siluman.

Di pesawat ruang angkasa

Anda dapat menggunakannya untuk mengurangi berat dan meningkatkan kapasitas beban untuk rangka satelit dan penyangga panel surya. Dan dapat menahan suhu di atas 3000 ℃ dan memastikan peluncuran, yang dapat digunakan untuk komponen bersuhu tinggi.

Bidang Transportasi

Di sektor otomotif

Karena poros transmisinya 40% lebih ringan daripada logam, maka ini sangat membantu untuk mencapai keringanan dan konservasi energi. Dan memiliki efisiensi transmisi yang lebih tinggi, di mana bobot pegas berkurang separuhnya, sehingga mempertahankan ketahanan terhadap kelelahan.

Di sektor kereta api berkecepatan tinggi

Anda dapat menggunakannya untuk cangkang bodi dan rangka kursi kereta, yang mengurangi berat badan lebih dari 10%. Dan dapat mengurangi konsumsi energi traksi sebesar 8% hingga 10%, dan memiliki ketahanan korosi yang baik. Sehingga dapat mengurangi perawatan di lingkungan yang lembab dan pesisir serta menurunkan biaya pengoperasian.

Bidang Peralatan Olahraga

Dalam peralatan bola

Untuk rangkanya, 30% lebih ringan dari logam dan memiliki elastisitas yang baik, transmisi tenaga yang efisien dan mengurangi cedera lengan. Untuk stick golf, Anda bisa menyesuaikan poros dengan mengubah tata letak serat untuk mendapatkan poros yang kaku dan kepala yang keras.

Dalam peralatan bersepeda dan trek dan lapangan

Anda dapat menggunakannya untuk rangka dan roda sepeda kelas atas untuk mencapai bobot yang sangat ringan dan memiliki kekakuan yang kuat. Menggunakannya untuk lompat galah, akan sangat membantu karena galah menyimpan energi dan membantu para atlet menembus ketinggian.

Bidang Industri dan Energi Baru

Dalam tenaga angin

Dibandingkan dengan bilah serat kaca tradisional, 30% lebih ringan dan lebih tahan terhadap kelelahan. Dan dapat beroperasi secara stabil dalam angin laut yang kuat selama lebih dari 20 tahun, beradaptasi dengan pengembangan tenaga angin skala besar dan lepas pantai.

Di bidang kontainer bertekanan tinggi

Karena bobotnya yang ringan dan ketahanan terhadap korosi, Anda dapat menggunakannya untuk tangki penyimpanan gas alam dan hidrogen. Anda juga dapat menggunakannya dalam tangki penyimpanan hidrogen kendaraan sel bahan bakar hidrogen, yang dapat mengurangi berat dan meningkatkan jangkauan.

Kesimpulan

Komposit karbon memiliki kinerja yang luar biasa, yang memiliki keunggulan seperti kekuatan tinggi dan kepadatan rendah. Dan memiliki prospek aplikasi yang luas di berbagai bidang seperti kedirgantaraan, transportasi, peralatan olahraga, dan energi baru industri. Selain itu, komposit ini tidak hanya mendorong inovasi teknologi industri, tetapi juga memberikan solusi material untuk meringankan bobot dan konservasi energi.