Czy włókno węglowe może rdzewieć?
Włókno węglowe jest chemicznie stabilne, odporne na korozję i nie rdzewieje. Dlatego dobrze sprawdza się w trudnych warunkach. Mogą jednak na niego wpływać silne środki utleniające, takie jak nadtlenek wodoru lub kwas siarkowy.
Podobnie żywica epoksydowa jest obojętna i nie rdzewieje ani nie koroduje. Jest jednak wrażliwy na światło słoneczne. Dlatego należy pokryć kompozyty z włókna węglowego wykończeniem odpornym na promieniowanie UV, aby zapobiec długotrwałym uszkodzeniom powodowanym przez światło słoneczne.
Warto zauważyć, że kompozyty z włókna węglowego mogą powodować korozję galwaniczną w kontakcie z niektórymi metalami. Chociaż w krótkim czasie nie spowoduje to widocznej korozji powierzchniowej, produkty korozji kumulują się i z czasem prowadzą do uszkodzeń. Na szczęście wymaga to określonych warunków, a niektóre powłoki zapewniają ochronę.
Czy włókno węglowe może się zepsuć?
Krótka odpowiedź brzmi: tak. Każdy materiał może zawieść, ale jest to nieco bardziej skomplikowane. Na trwałość wpływa wiele czynników, takich jak proces produkcji, konstrukcja i użytkowanie.
Na przykład mogą tworzyć się szczeliny i jest bardziej prawdopodobne, że pęknie, jeśli producent nałoży żywicę nierównomiernie lub nie zużyje jej wystarczającej ilości. Z biegiem czasu te małe pęknięcia mogą się rozprzestrzeniać, aż do pęknięcia. Nawet niewielkie uderzenia mogą ostatecznie doprowadzić do awarii.
Orientacja włókien i warstw włókien ma również znaczący wpływ na odporność zmęczeniową. Podobnie jak rodzaj zastosowanej siły. Siły ściskające, ścinające i rozciągające powodują różne rodzaje uszkodzeń.
Tkane włókno w układzie 0 stopnia ma mniejszą wytrzymałość na skręcanie niż na przykład 45 stopni. Dlatego może pęknąć, jeśli go przekręcisz.
Najważniejsze jest to, że jeśli nie przekroczysz progu obciążenia określonej części, nie będzie ona łatwo pękać.
Należy również pamiętać, że trudno jest wykryć oznaki uszkodzeń wskazujące na nieuchronną awarię. W przeciwieństwie do innych materiałów, które wyginają się lub wyginają, gdy włókno węglowe ulegnie uszkodzeniu, może spektakularnie zawieść i rozbić się.
POWIĄZANY: Co to jest kute włókno węglowe? Kompletny przewodnik po kutych kompozytach
Czy warunki pogodowe wpływają na trwałość włókna węglowego?
Włókno węglowe ma niską rozszerzalność cieplną. Zatem jego kształt, powierzchnia, objętość i gęstość nie zmieniają się zbytnio w odpowiedzi na zmiany temperatury. Nie oznacza to jednak, że jest odporny na działanie czynników atmosferycznych w dłuższej perspektywie. Badania wykazały, że kombinacje warunków pogodowych mogą mieć wyraźny wpływ na włókno węglowe w różnych ustawieniach.
Cykle zamrażania i rozmrażania
Fundacja Badań nad Inżynierią Lądową zidentyfikowała cykle zamrażania i rozmrażania jako potencjalne zagrożenie dla trwałości włókna węglowego. Ponadto odkryli, że warunki zamarzania i rozmrażania powodują degradację betonu zbrojonego włóknami węglowymi w większym stopniu w słonej wodzie.
Niekoniecznie włókno węglowe traci integralność, ale raczej mikropęknięcia powstające w osnowie i oddzielanie się włókna od osnowy. Efekty są częściowo spowodowane tym, że klej strukturalny nie jest tak zaawansowany, jak inne zastosowania z włókna węglowego.
Wreszcie, pomimo tych skutków, inne badanie wykazało, że beton zbrojony włóknami węglowymi jest trwalszy niż standardowy beton.
Starzenie higrotermiczne
Starzenie higrotermiczne może mieć wpływ na trwałość włókna węglowego w niektórych zastosowaniach, ale nie w innych.
Co to jest starzenie higrotermiczne? Starzenie higrotermiczne odnosi się do połączenia ciepła i wilgoci oraz jego wpływu na konstrukcję.
Długotrwała ekspozycja na ciepło i wilgoć może mieć niewielki wpływ na wytrzymałość na zginanie włókna węglowego. Jednak pod długotrwałym obciążeniem i w obecności słonej wody wytrzymałość na rozciąganie spada od 7% do 12%.
Cykle mokre i suche
Jedno z badań pokazuje, że cykle mokre i suche mogą mieć znaczący niekorzystny wpływ na wytrzymałość na rozciąganie. Po 4000 cyklach na mokro i sucho prawdopodobieństwo awarii znacznie wzrasta.
Natomiast ma ograniczony wpływ na odkształcenie włókna węglowego.
Ekspozycja na promieniowanie UV i kondensacja
Promieniowanie UV i kondensacja działają synergistycznie, powodując erozję matrycy epoksydowej, ale nie wpływają na włókno węglowe. Erozja epoksydowa może ostatecznie zmniejszyć wytrzymałość na rozciąganie nawet o 29% i prowadzić do mniejszej trwałości.
Jak wspomniano, wykończenie odporne na promieniowanie UV pomoże chronić kompozyty z włókna węglowego.
Ogólnie rzecz biorąc, warunki pogodowe mają wpływ na włókno węglowe. Ale efekty zależą od tego, jak go użyjesz. Na przykład warunki pogodowe mają bardziej zauważalny wpływ na budynki wykonane z włókna węglowego niż rama roweru z włókna węglowego.
Czy włókno węglowe może wytrzymać ciepło?
Włókna węglowe są w stanie wytrzymać ciepło. Jednak włókno węglowe jest najczęściej stosowane w matrycy, takiej jak beton, plastik lub żywica epoksydowa, co może ograniczać jego tolerancję na ciepło. Innymi słowy, matryca odgrywa bardziej znaczącą rolę w wytrzymywaniu ciepła przez część z włókna węglowego niż samo włókno.
Na przykład niektóre żywice epoksydowe wytrzymują temperatury do 100 stopni (212 ℉), podczas gdy kompozyt z osnową węglową wzmocnioną włóknem węglowym może tolerować temperatury powyżej 2000 stopni (3632 ℉).
Czy włókno węglowe jest kuloodporne?
Teoretycznie włókno węglowe może zatrzymać kulę, ale Kevlar® lub inne włókno aramidowe ma większą elastyczność i odporność na uderzenia. Poza tym Kevlar® jest bardziej opłacalną opcją na zbroję kuloodporną.
Włókno węglowe zapewnia wysoki poziom ochrony przed niektórymi przedmiotami. Często można zobaczyć, jak kierowcy samochodów wyścigowych używają go do ochrony, ponieważ rozprasza on wpływ sił. Ale jeśli chodzi o kule, będziesz potrzebować wielu warstw, aby je zatrzymać.
Obejrzyj ten film, aby zobaczyć, jak kompozyt z włókna węglowego radzi sobie z kulami.
Jednak nanorurki węglowe są w stanie wytrzymać kule. Nanorurki składają się z atomów węgla połączonych w powtarzające się sześciokątne wzory, tworząc wydrążony cylinder. Nanorurki te mogą absorbować energię rakiet balistycznych lepiej niż włókno węglowe, a w niektórych przypadkach nawet Kevlar®.
W swojej najbardziej podstawowej formie włókno węglowe to grafit węglowy, który będzie trwał praktycznie wiecznie. Materiał zazwyczaj nie ulega fotodegradacji ani biodegradacji. Jednak na jego trwałość wpływają pewne czynniki, takie jak matryca. Ponadto intensywne użytkowanie kompozytów i czynniki środowiskowe mogą mieć wpływ na ich trwałość i potencjalne zastosowania. Ogólnie rzecz biorąc, naukowcy przewidują, że części z włókna węglowego wytrzymają ponad 50 lat.
