Bidang penggunaan bahan komposit

Bahan komposit disediakan dengan menggabungkan dua atau lebih bahan lain supaya ia saling melengkapi dan menambah baik, namun mengekalkan ciri uniknya sendiri dalam produk akhir.

mesin penyemperitan kepingan plastik

mesin untuk kitar semula plastik

Disebabkan prestasi cemerlangnya, bahan komposit telah digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang, dan siri artikel ini akan mengambil inventori komprehensif bidang aplikasi utama bahan komposit, termasuk: aeroangkasa, industri automotif, pembinaan, tenaga, penyimpanan tenaga, infrastruktur, marin, saluran paip dan tangki simpanan, sukan dan hiburan, pengangkutan dan sepuluh bidang lain.

1

Aeroangkasa

OEM aeronautik utama seperti Airbus Eropah dan Boeing AS telah menunjukkan potensi untuk aplikasi komposit berskala besar dalam penerbangan, sementara NASA telah mencari pengeluar komposit untuk roket dan kapal angkasa lain dengan penyelesaian komposit inovatif.

Perkadaran bahan komposit dalam setiap generasi baharu pesawat yang dibangunkan oleh Boeing telah meningkat, dan perkadaran bahan komposit dalam Boeing 787 Dreamliner telah melebihi 50%. Komponen struktur utama Boeing 787 Dreamliner diperbuat daripada lebih banyak komposit "sandwic" gentian karbon dan laminasi gentian karbon termaju, beralih daripada komposit gentian kaca kuno.

Sebaliknya, gentian aramid digunakan secara meluas dalam pembinaan pemasangan sayap tepi hadapan dan belakang serta sekat, tangki bahan api dan lantai yang sangat tegar dan sangat ringan. Di samping itu, bahan komposit termaju yang terdiri daripada gentian berkekuatan tinggi dan tegar yang terbenam dalam bahan matriks biasa juga digunakan secara meluas dalam industri aeroangkasa.

2

Industri automotif

Sebagai pasaran penggunaan akhir terbesar untuk bahan komposit, industri automotif bukanlah asing dengan bahan komposit. Selain reka bentuk kenderaan perintis, bahan komposit membantu menjadikan kenderaan lebih ringan dan lebih cekap bahan api. Automobil memerlukan mekanisme yang andal dan disegerakkan dengan komponen yang dapat menahan geseran, kakisan dan turun naik suhu.

Ketidaktepatan dalam reka bentuk atau pengeluaran akan menjejaskan prestasi dan boleh menyebabkan perniagaan pengilang kerugian. Berbanding dengan keluli logam, prestasi bahan komposit memenuhi dan melebihi permintaan industri automotif. Ciri-ciri unik ini termasuk:

pekali pengembangan haba yang rendah

Kestabilan dimensi yang sangat baik untuk pengekalan bentuk dan kebolehpercayaan

Rintangan kakisan dalam keadaan basah dan kering

Kekuatan impak yang tinggi untuk menahan penggunaan berulang

Berat yang agak ringan untuk mengurangkan jisim keseluruhan kenderaan

Penebat bunyi yang lebih baik dan prestasi yang lebih baik

Kebolehterimaan untuk mengecat, termasuk keupayaan untuk memenuhi keperluan permukaan Kelas A, proses mengecat dan membakar

Mudah dihasilkan dan kosnya agak rendah

Aplikasi tipikal bahan komposit dalam struktur dalaman dan luaran automotif

Bahan komposit telah digunakan secara meluas dalam beberapa siri bahagian struktur automotif, daripada perumah lampu hadapan kepada komponen penebat elektrik dan haba di bawah hud, kepada bahagian luar badan kereta, struktur dalaman dan bahagian kemasan. Aplikasi biasa bahan komposit dalam bahagian automotif disenaraikan di bawah:

Deflektor dan spoiler

manifold pengambilan

Sarung dan penutup bateri

Bampar dan rasuk bampar

Penutup kepala silinder (cth. injap, lengan goyang, sesondol)

Kerangka tingkap/bumbung matahari

Plat pembuka gril hadapan

perumah lampu hadapan

Pelindung haba (cth. enjin, transmisi)

Strut dan Penutup

3

Sektor pembinaan

Komuniti pembinaan sedang mengalami pertumbuhan yang ketara dalam pemahaman dan penggunaan bahan komposit. Komposit menyediakan arkitek dan pereka dengan prestasi dan nilai yang tinggi dalam projek berskala besar, dan penggunaannya dalam pembinaan komersial dan kediaman semakin meningkat.

Dalam satu artikel baru-baru ini, Palari Group membina komuniti dan rumah bercetak 3D yang mampan. Mighty Buildings ialah sebuah syarikat teknologi pembinaan yang menggunakan percetakan 3D, robotik dan automasi untuk mewujudkan rumah mampu milik dan mampan. Blok binaan asas rumah tersebut ialah Mighty Panel, panel komposit polimer 100% bercetak 3D dengan struktur, penebat, integrasi MEP, penghalang udara/kelembapan/api dan kemasan dalaman/luaran. Mighty Buildings mencetak panel individu di kilangnya, kemudian memasangnya menjadi rumah di tapak pembinaan.

Dalam pembinaan, sifat kekuatan tinggi gentian karbon memainkan peranan positif. Gentian karbon sangat kuat, lembut dan mudah dipasang, dan boleh digunakan untuk membaiki dan mengukuhkan bangunan agar kelihatan seperti bangunan baharu. Laminat gentian karbon digunakan secara meluas untuk meningkatkan galas beban lantai dan tiang. Di samping itu, gentian karbon tahan terhadap kerosakan gempa bumi, jadi ia juga boleh digunakan untuk pengukuhan struktur bangunan baharu dan sebagai pengganti keluli pasang siap.

4

Medan penyimpanan tenaga

Komposit penyimpanan tenaga pelbagai fungsi (MESC) dibangunkan dengan memasukkan lapisan bateri ke dalam struktur, dengan rivet saling mengunci yang mengikat lapisan bateri, membantu meningkatkan sifat mekanikal. Ujian eksperimen menunjukkan bahawa MESC boleh mempunyai sifat elektrokimia yang setanding dengan bahan lain. Berbanding dengan sel kantung, MESC mencapai kekakuan mekanikal 15 kali lebih tinggi pada kecekapan enkapsulasi 60%.

Aplikasi komposit lain yang mewakili dalam penyimpanan tenaga termasuk:

Tangki Hidrogen untuk Aeroangkasa

Sistem Sel Bahan Api Hidrogen

Bateri bahan komposit semula jadi

5

bidang infrastruktur

Secara tepatnya, tiada perbezaan yang ketat antara infrastruktur dan bangunan. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, dengan kemunculan bahan komposit struktur baharu yang berkos rendah dan berprestasi tinggi, pembinaan infrastruktur telah memasuki peringkat baharu. Plastik bertetulang gentian (FRP) bukan sahaja boleh menggantikan keluli dalam banyak struktur galas beban, tetapi juga telah terbukti boleh dilaksanakan untuk mengukuhkan rasuk konkrit dengan plastik bertetulang gentian (FRP) yang terikat secara dalaman atau luaran.

Komposit yang diperbuat daripada kaca, aramid atau gentian karbon semakin dipertimbangkan untuk prategangan, pascategangan atau pengukuhan konkrit. Untuk menggantikan tetulang yang berkarat, sistem FRP akhirnya boleh digunakan dalam dek jambatan konkrit atau struktur lantai konkrit luaran yang lain.

Rintangan kakisan merupakan salah satu faktor utama yang menjadikan gentian karbon begitu menarik dalam sektor infrastruktur. Gentian karbon tidak akan berkarat dan terhakis, jadi lapisan konkrit gentian karbon boleh ditipiskan dengan banyak, kerana tidak perlu mempertimbangkan antikarat seperti teras keluli, yang dapat mengurangkan jumlah konkrit yang digunakan dalam bangunan dengan ketara, dan juga mempunyai manfaat lain, seperti mengurangkan kos dan mempercepatkan kemajuan pembinaan, memendekkan masa pengeringan, dan sebagainya. Di samping itu, kerana kekonduksian elektriknya yang baik, gentian karbon boleh digunakan untuk melindungi gangguan elektromagnet, boleh menghantar maklumat parameter bangunan, dan menjadi bahagian penting dalam bangunan pintar.

6

Medan tenaga baharu

Penggunaan bahan komposit dalam tenaga boleh diperbaharui akan memainkan peranan yang semakin penting dengan mewujudkan struktur yang dapat memanfaatkan tenaga lestari. Berat yang lebih rendah, kos pengangkutan dan pemasangan yang lebih rendah dan yang paling penting, kos penyelenggaraan yang lebih rendah sepanjang hayat struktur berbanding struktur logam telah meletakkan komposit sebagai bahan de facto untuk projek berskala besar. Menyediakan penyelesaian yang ekonomik.

Berat ringan dan bentuk aerofoil yang kompleks bagi bilah turbin angin telah menjadikan komposit sebagai peneraju dalam bidang ini, menggunakan acuan yang direka bentuk untuk mengeluarkan bilah secara ekonomi dengan tenaga kerja yang minimum. Penyelidikan dan pembangunan semasa bertujuan untuk memenuhi peningkatan saiz yang diperlukan untuk bilah turbin dan rotor untuk sistem berasaskan darat dan luar pesisir.

7

padang lautan

Selama beberapa dekad, komposit FRP telah berjaya digunakan dalam aplikasi marin seperti radom dan struktur jisim, kapal layar besar, bot kerja dan bot riadah. Baru-baru ini, FRP telah digunakan dalam aplikasi yang kurang dikenali seperti galas, kipas, palka komersial, ekzos dan struktur bumbung.

Penggunaan komposit gentian kaca dalam aplikasi marin merupakan salah satu bidang penting pertama dalam aplikasi GRP. Ia telah merevolusikan keupayaan untuk mereka bentuk dan mengeluarkan struktur komposit besar dalam pelbagai domain. Bot ini dihasilkan di UK menggunakan pelbagai proses termasuk GRP buatan tangan, infusi resin, termoplastik dan prepreg gentian karbon berprestasi tinggi untuk kapal layar perlumbaan.

Kelebihan utama GRP dalam aplikasi marin adalah:

Rintangan alam sekitar, termasuk bebas daripada reput, rintangan kakisan, dsb.

Keupayaan untuk memproses struktur yang lancar dan berbentuk kompleks

Keupayaan untuk melaraskan kekuatan mengikut keadaan beban

Sifat kekuatan-kepada-berat yang sangat baik - Struktur marin GRP biasanya separuh berat struktur keluli yang setara.

penyelenggaraan yang rendah dan pembaikan yang mudah

ketahanan yang sangat baik

Bot dayung menggunakan bahan komposit secara lebih meluas berbanding struktur marin yang lain. Disebabkan oleh keperluan khas, bahan yang digunakan bukanlah bahan binaan marin yang tipikal. Berat minimum dan kekakuan maksimum adalah penting dalam reka bentuknya agar dapat belayar pada kelajuan maksimum dan menahan kesan ombak dan unsur-unsur lain dalam persekitaran marin.

Komposit epoksi bertetulang gentian karbon biasanya digunakan untuk badan kapal, rangka, lunas, tiang, rod dan boom, dram win karbon dan aci kapal yang berintikan sarang lebah atau busa. Penggunaan FRP membantu meningkatkan prestasi dan meminimumkan risiko kecacatan dan kerosakan navigasi di bawah pelbagai keadaan pelayaran antarabangsa.

8

Medan sistem perpaipan

Sistem perpaipan komposit telah digunakan di loji kimia selama lebih daripada 25 tahun. Penggunaan bahan komposit dalam aplikasi perindustrian menjadi meluas pada tahun 1970-an. Hari ini, pemasangan perpaipan dan tangki komposit semakin meningkat dalam aplikasi di atas dan di bawah tanah, komersial, perbandaran dan kediaman. Gas asli kos rendah terus mengembangkan pasaran apabila kemudahan kimia baharu dibangunkan dan kemudahan lama diperluas.

Aplikasi dan produk tipikal paip komposit termasuk:

kawalan pencemaran udara

akuakultur

pemprosesan kimia

penyahgaraman

Petroleum dan gas asli

Rawatan Air dan Air Sisa

saluran paip

Kelengkapan dan Pelapik

Sistem saluran paip

Lapisan tangki bahan api

tangki simpanan minyak

Bekas proses

Penyental

injap

9

Padang sukan dan riadah

Serat karbon sentiasa menonjol dalam bidang barangan sukan, daripada perlumbaan hinggalah ski, golf, memancing dan tenis, serat karbon telah digunakan secara meluas. Dengan peningkatan populariti dan penurunan harga serat karbon, ia telah digunakan lebih banyak dalam barangan sukan.

Serat karbon kini digunakan dalam banyak raket, papan salji, kereta luncur, kayu hoki, joran pancing, kayu golf, basikal, papan luncur, layang-layang, kasut dan produk sukan lain.

Serat Karbon dalam Sukan dan Riadah

Pada masa ini, 7 daripada 10 aktiviti sukan dan riadah luar yang paling popular menggunakan bahan komposit. Komposit bertetulang gentian kaca dan gentian karbon terus menggantikan kayu dan logam dalam joran pancing, raket tenis, spar/aci untuk dayung kayak, tiang dan papan luncur angin, kayu hoki, layang-layang dan hendal basikal.

10

pengangkutan

Terdapat trend dalam industri pengangkutan untuk menggunakan kenderaan yang lebih besar. Sama ada bas, kereta api atau trak artikulasi, ideanya mudah: membawa lebih banyak kargo. Cabarannya adalah untuk mencari cara untuk membawa beban yang lebih besar dengan selamat sambil menjimatkan bahan api dan mengurangkan impak alam sekitar. Komposit menawarkan jawapan yang mengagumkan kepada cabaran ini.