Vikipeedia

Süsinikkiuga tugevdatud polümeerid

Süsinikkiuga armeeritud (sarrustatud) polümeerkomposiit on polümeervaiguga immutatud süsinikkiudarmatuur-liitmaterjal ehk süsinikkomposiit, mis on oma kerguse juures suure tugevusega.

Valmis süsinikkomposiit plaat

Siduvaks aineks (maatriksiks) on tavaliselt kõvastunud polümeervaik näiteks epoksüvaik, polüuretaan, bakeliit või polüestervaik, kuid mõnikord kasutatakse ka termoplastseid polümeere, nagu vinüülester või nailon.

Komposiit võib sisaldada muid kiude, näiteks aramiidi (aromaatne polüamiid), kevlarit, twaronit, alumiiniumkiud või klaaskiudu, samuti süsinikkiudu. Lõpliku süsinikkomposiidist toote omadusi võivad mõjutada siduvas maatriksis (vaigus) kasutatud erinevad lisandid. Kõige sagedamini kasutatavaks lisaaineks on räni, kuid kasutatakse ka muid lisandeid, näiteks kummit ja süsiniknanotorusid (CNT). CFRP-d kasutatakse tavaliselt transpordivahendite: autode, paatide, laevade lennukite ja vagunite valmistamisel, samuti sporditarvete, jalgrataste/nende komponentide, keppide ja ritvade valmistamisel.

Kuigi süsinikkiu kasutamine on suhteliselt kallis, leiab materjal suurt rakendamist kosmoseaparaatide ja autode valmistamisel, valdkondades kus on vajalik suur tugevuse-kaalu suhe ja jäikus (purjelaevade ja sõudepaatide kered, tipptaseme jalg- ja mootorrattad ning lennukid). Väiksemate tarbekaupade puhul, mis nõuavad kergust ja jäikust nagu sülearvuti korpused, statiivijalad, telgipostid, õngeridvad, hokikepid, kaitsekiivrid jne.

Materjali on nimetatud ka grafiitarmeeritud polümeeriks (GFRP). Toodete reklaamimisel kasutatakse mõnikord lihtsalt lühemat terminit “grafiitkomposiit”.

Omadused muuda

Süsinikkomposiitmaterjal koosneb kahest osast: maatriksist (sideainest) ja täitematerjalist (armatuurist). Süsinikkiud annab materjalile vastupidavuse ja jäikuse. Maatriksiks kasutatakse tavaliselt armatuuri sidumiseks polümeervaiku, näiteks epoksüd.[1] Kuna süsinikkomposiid koosnevad kahest erinevast komponendist, sõltuvad materjali omadused selle kahe komponendi kasutamise vahekorrast.

Süsinikkomposiidi tugevust ja jäikust mõõdetakse vastava koormus- (mehaanika) ja elastsusmooduliga. Erinevalt isotroopsetest materjalidest nagu teras või alumiinium on süsinikkomposiitidel suunalise tugevuse omadused. mis sõltuvad süsinikkiu paigutuse suunast ja koguse vahekorrast võrreldes maatriksiga.[2]

Vaatamata süsinikkomposiidi suurele tugevuse-kaalu suhtele ja kordades kergmetallidest suurem vastupidavus väsimusele, raskendab sellest materjalist konstruktsioonide projekteerimist määratletava väsimus- ja kulumispiiri puudumine.

Tootmine muuda

Süsinikkiududest luuakse ühesuunaline n-ö leht (paan). Paanid paigutuvad üksteise järel kvaasisotroopse kihina, 0°, +60° või −60° suhtega. Alates baaskiududest luuakse kahesuunaline lausriidelehe kudum. Süsinikkiududega armeeritud komposiidi tootmisprotsessid erinevad valmistatava materjali hulga, vajaliku viimistluse ja konkreetse materjali võimalikus tootmismahu poolest. Lisaks omab lõppkomposiidi omadustes tugevat mõju materjali sideaine (maatriksi) valik.

Paljud süsinikkomposiidist detailid on vormitud ühtsest süsinikkanga kihist, mis on toetatud klaaskiuga. Komposiitosade kiireks vormimiseks/koostamiseks kasutatakse tööriista chopper gun. Kui süsinikkiuga on kaetud õhuke kest, lõikab chopper gun klaaskiust lühikesed niidid ja pihustab neid samal ajal vaiguga, nii et klaaskiud ja vaik segatakse kohe lõikamise käigus. Vaiku kasutatakse kas välise mikstuurina, mille korral maatriks ja vaik pihustatakse klaaskiule eraldi, või seguna, mis nõuab pärast igat kasutuskorda pihusti puhastamist. Tootmise meetodid võivad hõlmata vormimist, vaakumpakendamist, survestatud vormimist või niitmähkimist.

Vormimine muuda

 
Süsinikkomposiidist detaili valmistamiseks kasutatav negatiivne vorm.

Üheks komposiitmaterjalide kasutamise eeliseks on võimalus luua keeruka sfäärilise kujuga esemeid. Vajaliku kujuga detaili valmistamiseks on vajalik vorm, detailide suuremate koguste puhul aga negatiivvorm, millest väljavõetud detail vajab vähem järeltöötlust.[3]

Vormimisel kasutatakse kahte tüüpi vorme: negatiivsed ja positiivsed detaili jäljendid. Üksikute detailide valmistamiseks on kokkuvõttes vähem aeganõudev ja odavam kasutada positiivseid vorme. Positiivselt vormilt saadud jäljendile jääb detaili tegelik pind jäljendi sisepoolele. Sellist vormi on küll kiirem ja odavam valmistada, kuid jäljendatud detailide välispind jääb krobeliseks ning nõuab töömahukamat järelviimistlust.

Negatiivsetete vormide valmistamine on küll kallim, kuid seeriatootmisel osutub see meetod kokkuvõttes odavamaks. Vormitud esemete järelviimistlusele kulub vähem aega, sest toodetava osa välispind jääb ühtlaselt sile ega nõua enam hilisemat viimistlemist.

Kahe eri tüüpi vormi kombineerimisel saavutatakse vormid, mida nimetatakse survestatud vormideks. Survestatud vormid on suurepärased täppisosade tootmisel, sest omavad mõlemal küljel siledat pinda ning vajavad seega vähem järelviimistlust. Konkreetset tüüpi vormid on kohandatud põhiliselt kasutamiseks koos vaiguinfusiooni või vaigusüstiga.

Vormimise meetodi abil toodetakse grafiit-epoksüosi, mille käigus süsinikkiust kanga lehed paigutatakse kihtidena valmiva toote kujuga vormi. Saadava materjali tugevuse ja jäikuse määramiseks valitakse kangakiudude joondumine ja kudumi tüüp. Seejärel täidetakse vorm epoksüga ja kuumutatakse õhu käes. Saadud osa on omadustelt väga korrosioonikindel, jäik ja tugev. Osade korral, mida kasutatakse vähem kriitilistel aladel, laotatakse üle vormi eelnevalt epoksüga immutatud või “ülevärvitud” riie. Suure jõudlusega osade puhul kasutatakse üksikvorme, mis on sageli vaakumpakendites või autoklaaviga konserveeritud, sest isegi väikesed õhuosakesed materjali sees vähendavad selle tugevust. Alternatiiviks autoklaavmeetodile kasutatakse kuivatamata süsinikkiu sees sisemise rõhu kaudu täispuhutavaid põisi või EPS-vahtu.

Vormimist on kasutatud juba aastaid mitmesuguste metallitoodete (auto kereosad, kodumasinad, tööstusseadmed) väljatöötamisel ja tootmisel.

Vaakumpakendamine muuda

Vaakumpakendamine on meetod, mille käigus luuakse osad komposiitmaterjali mehaanilise survestamise teel. Komposiidi survestamisel on mitmeid häid funktsioone. See eemaldab kihtide vahel olevad võimalikud õhumolekulid, tihendab jõuülekandega kiu kihte, vähendab niiskust materjalis ja optimeerib komposiidi kiu ja vaigu omavahelist suhet. Sellised omadused on võimaldanud aastaid kosmose- ja autotööstuses maksimeerida täiustatud komposiitmaterjalide (süsinik, aramiid, epoksiid) füüsikalisi omadusi.

Vaakumpakendamist saab kasutada kui lihtsast tükist on vaja luua suhteliselt vähe koopiaid (1–2 koopiat päevas). Klaaskiud, süsinikkiud või alumiiniumist vorm poleeritakse ja vahatatakse ning kohaldatakse enne riide ja vaigu rakendamist antiadhesioonivahendiga ning tõmmatakse tüki kuivatamiseks (kõvendamiseks) vaakumisse. Vaakumvormis riide vaiguga katmiseks on kaks meetodit.

Manuaalse meetodi või nn märja talletuse korral segatakse kaheosaline vaik ja kantakse vormile enne selle kotti panemist. Teise võimalusena kasutatakse infusiooni, mille tulemusel tõmmatakse vaakumiga vaik läbi väikese toru kotti ning kantakse kotis asuva aukudega toru abil ühtlaselt vormi sisse paigutatud kangale. Torukangastus töötab suurepäraselt toru korral, millesse on vaigu ühtlaseks materjalile kandmiseks tehtud väikesed augud. Mõlemad vaigu pealekandmisviisid nõuavad manuaalset sekkumist, et kanda vaik väikeste aukude abil ühtlaselt läikivale pealispinnale.

Teise meetodina kasutatakse kuiva talletust. Selle meetodi puhul on süsinikkiust materjal juba eelnevalt vaiguga immutatud ja paigutatakse vormi sarnaselt kleepuva kilega. Seejärel asetatakse kogu komplekt vaakumisse kuivama. Kuiv talletusmeetod omab väiksemat vaigu kadu ja suudab saavutada kergemat konstruktsiooni kui märg talletus. Kuna märja talletuse korral on suuremas koguses vaiku raskem kangale kanda, on eelnevalt vaiguga immutatud osadel üldiselt väiksemad augud. Pisiavade kõrvaldamine minimaalsete vaigu koguste korral nõuab jääkgaaside väljasurumiseks üldjuhul autoklaavi survet.

Komposiitmaterjalide järjest suureneva kasutamise peamiseks põhjuseks on materjali tugevuse ja kaalu efektiivne suhe. Seda saavutatakse aga kiu ja vaigu suhte maksimeerimisega. Tugevdatud klaaskiud, aramiid, Kevlar või süsinik pole tugeva tekstiili mõistes aga piisavalt heade omadustega. Selle üheks põhjuseks on materjalis esinevate termokõvenevate vaikude nagu polüester ja epoksiid esinemine, mis ilma tugevdamiseta ja liigses koguses muudavad materjali rabedaks. Vaakumpakendamise eesmärgiks on “pigistada” materjalist liigne vaik välja ning saavutada efektiivne kiu ja vaigu suhe.

Tüüpiliselt moodustub üle 100% kanga kaalust vaik. Lennukitööstuses kasutatavate komposiitmaterjalide puhul on materjalis sisalduva vaigu osakaaluks 40%. Täiuslikku ja täpset kiu ja vaigu kombinatsiooni pole suudetud veel välja töötada, kuid seni on arvatud selleks olevat 60%.[4]

Survestatud vormimine muuda

Kiirem meetod on kasutada survestatud vormimist. See kasutab kaheosalist (isane ja emane) vormi, mis on tavaliselt valmistatud klaaskiust või alumiiniumist ja kinnitatud omavahel poltidega ning mille vahele paigutatakse kangas ja vaik. See on kasulik, sest pärast seda, kui vorm on poltidega kinni keeratud, püsib see puhtana ning vormi saab liigutada või hoida väljaspool vaakumit kuni materjali tardumiseni. Vormid peavad aga sellise rõhu all olemise korral suutma hoida koos palju materjali.

Niitmähkimine muuda

 
Niitmähkimisel kasutatavad süsinikkiuniidid

Silindrilise struktuuriga osade valmistamisel saab kasutada niitmähkimist, kerides süsinikkiu niidid ümber kuju mida nimetatakse südamikuks. Sellist protsessi kasutatakse tavaliselt ümmarguste seest õõnsate liittoodete loomisel. Südamiku pöörlemisel liigub liugur horisontaalselt edasi tagasi, kehtestades oma liikumisega kiudude soovitud mustri. Kui südamik on täielikult kaetud ja materjal omab soovitud paksust, paigutatakse materjal ahju tahkuma. Kui vaik on kõvenenud, eemaldatakse südamik ning tulemuseks on seest õõnes lõpptoode.

Niitmähkimisel võib soovitud omadustega komponendi saavutamiseks kuluda suurel hulgal erinevaid kiude ja vaiku. Protsess on väga efektiivne odava, kerge ja tugeva komposiitmaterjali loomiseks.

Niitmähkimise peamiseks eeliseks on kaal. Kuna tooted on seest õõnsad ning neid ei saa valmistada ilma püsiva sisemise süsteemita, on suur tõenäosus kaotada materjali tugevuses. Kergemaid osi on aga lihtsam toota, transportida ning turustada. Kasutades toodete projekteerimisel erinevaid mähkimistehnikaid, tahkestamisvõimalusi ja materjale, saab muuta materjali paindlikkust, tugevust ja survestatust.[5]

Niitmähkimise protsesse kasutatakse laialdaselt kohandatud õõnsusstruktuuriga komposiitide tootmisel, saavutamaks ainulaadse paindlikkusega ja tugevusega materjale. Sellist lähenemist võib kohata näiteks golfikeppide, jalgrattaosade, purjepaatide mastide ja mitmete muude õõnsate osade valmistamisel.

Rakendamine muuda

Kõrgjõudlusega polümeerid annavad valgust valdkondades, mis vajavad stabiilseid materjale, mis oleksid vastupidavad kõrgetele temperatuuridele. Süsinikplastosade rakendusvaldkonnad on järgmised:

Lennukitööstus muuda

 
Lennuki Airbus A350 ehitamisel on kasutatud 53% süsinikkiust osi

Lennuki Airbus A350 ehitamisel on kasutatud 53% süsiniku komposiitmaterjale[6], sealhulgas tiivad ja kere osad, Boeing 787 Dreamlineri puhul 50% [7].

Spetsialiseeritud õhusõiduki disainer ja tootja Scaled Composites on kasutanud ulatuslikult kogu nende disaini vahemikus süsinikplastosi, sealhulgas esimese erasektori kosmoselaevas One.

Süsinikplastosi kasutatakse laialdaselt mikroõhusõidukites (Mavs) nende suure tugevuse ja kaalu suhte tõttu. Süsinikplastosad vähendavad oluliselt MAV kaalu ja süsinikust labade suur jäikus aitab lahendada kokkupõrkeid tugeva tuule korral.

Ülikergelennuk (SSDR) nagu E-Go, sõltuvad suuresti süsinikkiu kasutamisest, et täita kategooria kaalu täitmise nõudeid (lennuki kaal alla 115 kg, ilma piloodi või kütuseta).

Autotööstus muuda

Süsinikkiuga tugevdatud polümeere kasutatakse laialdaselt tippklassi motospordis.[8] Materjali kõrget hinda leevendab selle suurepärane tugevuse ja kaalu suhe ning masina väike kaal on võidusõidus väga tähtis. Võidusõiduautode tootjad on välja töötanud ka meetodeid, et anda süsinikkiule teatud suunas lisatugevust, muutes materjali kandvates suundades tugevamaks ning nõrgemaks suundades, kus koormus on väiksem. Seevastu on tootjate poolt välja töötatud isotroopne süsinikkiu kudum, mis lisab tugevust kõigis suundades. Seda tüüpi süsinikkiu komplekti kasutatakse turvalisuse suurendamiseks kõige rohkem suure jõudlusega võidusõiduautodes.

Viimastel aastakümnetel on superautode tootmisel hakatud üha ulatuslikumalt kasutama süsinikkiudu, kasutades seda eelkõige autokerede ja muude komponentide valmistamisel.

 
Süsinikkiu kerguse ja tugevuse tõttu kasutatakse materjali laialdaselt sportautode valmistamisel

Autotööstuse rakendustes kasutatakse esteetilistel põhjustel valatud vinüüli, mis parandab ka soojus- ja kulumiskindlust. Enamik valatud vinüülmaterjale nagu 3M DiNoc (kasutatakse sisetöödeks) ja Si-1000 3D (kasutatakse välitingimustes) omavad õige paigutuse korral vähemalt kümneaastast eluiga.

Autode masstoodangulisel valmistamisel on hakatud materjali kulu arvelt selle kasutamist piirama, sest viimasel ajal on paljud autode põhitootjad hakanud süsinikkiust osi kasutama ka tavaliste tänavasõiduautode valmistamisel.

Materjali kasutamine on kergemini vastuvõetav väikeses koguses tootjatele, kes kasutavad süsinikkomposiite tänu selle suuremale tugevusele ja kergemale kaalule võrreldes klaasiga tugevdatud polümeerile peamiselt tippklassi autode keredetailide valmistamiseks.

Süsinikkiu kasutamisega saab vähendada märgatavalt sõiduki kaalu ja seega ka raami suurust. See hõlbustab ka disainerite ja inseneride loovust ning võimaldab luua kujundeid, kõveraid ja servi, mis oleks metalli kasutamisel võimatu. Näiteks uue V10-mootoriga Lexus LFA superauto korral moodustavad 65% LFA keha kompositsiooni massist komposiitmaterjalid [7]. Uue BMW i3 valmistamisel on kasutatud süsinikkiudu mitte ainult eesmärgiga vähendada auto kaalu, vaid ka auto valmistamiseks kuluva vee ja elektrienergia kogust.[9]

Tsiviiltööstus muuda

Süsinikkiust tugevdatud polümeerid (CFRP) on muutunud ehitustehnilistes rakendustes märkimisväärselt populaarseks materjaliks. Materjali ehituse täiustamisel on tegeletud pidevalt akadeemilise tööga, et tuua välja materjali võimalikke eeliseid. Selle kasutamine on muutunud tasuvaks mitmete ehituslike materjalide, nagu betoon, müüritis, teras, malm ja puit, tugevdamisel. Tööstuses kasutatakse süsinikkiust tugevdatud polümeere aine struktuuri tugevdamiseks või uue materjali loomiseks ja tugevdamiseks.

Tsiviilehituses on muutunud üha enam domineerivaks materjali moderniseerimine. Vanade struktuuride (näiteks sillad) puhul, mis olid varem mõeldud taluma palju väiksemaid koormusi, kasutatakse kahjustatud objektide parandamisel rohkem tänapäevasemaid materjale. Moderniseerimine on populaarne juhtudel, kui puuduliku struktuuri asendamine oleks kokkuvõtlikult kulukam kui olemasoleva parandamine ja tugevdamine.[10]

Suurema jäikuse eesmärgil kasutatakse süsinikust tugevdatud polümeere raudbetoonkonstruktsioonides, kus süsinikkiul on suur mõju konstruktsiooni tugevusele, kuid arvestatav on kuni 10% jäikuse kasv. Seda seetõttu, et materjalid, milles tugevdust kasutatakse, on tavaliselt küll tugevad (tõmbetugevusega kuni 3000 MPa, mis on 10 korda rohkem kui madala süsinikterase korral), kuid mitte väga jäigad (150–250 GPa, veidi vähem kui tavaline teras).

Süsinikust polümeere kasutatakse ka raudbetooni nihketugevuse suurendamiseks ümbritsedes tugevdust vajav osa süsinikkangaga või kiudainega. Näiteks silla või hoone sammaste ümbritsemine kiudainega suurendab samba nõtkust ja vastupidavust maavärinatele. Selline “seismiline moderniseerimine” on võrreldes alternatiivsete meetoditega palju ökonoomsem ning kasutatakse valdavalt maavärinaohtlikes piirkondades ehitusobjektide tugevdamisel.

Malmist talade tugevdamisel on ülisuure süsinikusisaldusega polümeeride (kus tõmbetugevus on 420 GPa või rohkem) kasutamine üpris haruldane. Tüüpilisel kasutamisel on see seotud sektsiooni ääriku tõmbetugevusega. Suurendades sektsiooni jäikust ja alandades neutraalset telge vähendatakse oluliselt malmi tõmbekoormust.

Terase asemel süsinikkomposiitide kasutamine betoonkonstruktsioonide tugevdamisel oleks küll võimalik, kuid see pole eriti levinud.

Süsinikkiudu võib kasutada oma suure tugevuse tõttu kui eelpingutusmaterjalina. Eelisteks terase ees on kerge kaal ja vastupidavus korrosioonile, mis peaks võimaldama materjali kasutamist eelkõige avamere keskkonnas. Siiski esineb sellises kasutamises praktilisi probleeme ning sellepärast leidub selliseid rakendusi harva.

Ameerika Ühendriikides kasutatakse betoonist eelpingestatud silindertorusid (PCCP) vee edastussüsteemide magistraaltorudes. Oma suure läbimõõdu tõttu põhjustavad aga PCCP-torude kahjustused katastroofilisi olukordi ning kaasavad õnnetustesse palju elanikke. Aastatel 1940–2006 on paigaldatud umbes 30 500 km (19 000 miili) PCCP-torusid. Peamiseks PCCP-torude järkjärgulise halvenemise põhjuseks on veest tingitud korrosioon. Viimase kümne aasta jooksul on PCCP sisemuses hakatud kasutama süsinikuga tugevdatud polümeere, mille tulemuseks on täistugevdusega struktuurse süsteemi kasutamine. PCCP-toru sees olev süsinikplastise kiht töötab kui barjäär, mis reguleerib vastuvõtvas torus terassilindrile langevat pinget. Komposiitmaterjali kihi abil tagatakse terassilindri elastsusvahemiku täituvus ning tagatakse sellega torujuhtme pikaajalisem vastupidavus. Süsinikpolümeeri kihi disain põhineb toru vooderdise ja vastuvõtva toru pinge kokkusobivuses.[11]

Süsinikkiududega tugevdatud polümeerid on võrreldes selliste alternatiivsete materjalidega nagu klaaskiudpolümeerid (GFRP) ja aramiidkiududega tugevdatud polümeerid (AFRP) kulukam, kuid üldiselt tänu parematele omadustele hinnatum.

Jätkuvalt uuritakse, kuidas oleks võimalik moderniseerimisel efektiivsemalt kasutada alternatiivina terasele tugevdatud ja eelpingestatud süsinikkiulise tugevdusega polümeere. Endiselt on peamiseks probleemiks materjali kulukus ja vastupidavus. Kuigi materjali disain on koostatud tõsiselt võetava institutsiooni American Concrete Institute'i poolt, leidub inseneride seas siiski veel kõhklusi alternatiivsete materjalide rakendamise alal. Osalt on selle põhjuseks turul olevate kiu ja vaigu kombinatsioonide vähene standardiseeritus ja omandiõiguste puudumine.

Süsinikkiust mikroelektroodid muuda

Süsinikkiude kasutatakse ka mikroelektroodide valmistamisel. Sellistel juhtudel kasutatakse tavaliselt ühekordseid süsinikkiude läbimõõduga 5–7 μm, mis on paigutatud suletud klaaskapillaaridesse. Kapillaaride tipud lihvitakse ja pitseeritakse. Süsinikkiust ketasmikroelektroodi valmistamiseks kasutatakse 5–7 μm pikkust kapillaari, 75–150 μm pikkusega kiust valmistatakse aga silinderelektroode.[12] Süsinikkiududest valmistatud mikroelektroode kasutatakse näiteks biokeemiliste signaalide avastamiseks ampermeetrites või kiire tsüklilise skaneerimisega voltmeetrites.

Sporditarbed muuda

Süsinikkiuga tugevdatud polümeerid on leidnud kasutust ka spordivahendites nagu võidusõidujalgrattad, tennisereketid, aerud jne. Kasutuse põhjuseks on materjali tugevus ja kaal, sest näiteks süsinikkiust jalgrattaraam kaalub tunduvalt vähem kui terasest, alumiiniumist või titaanist raam. Süsinikkiu kudumi valikul jälgitakse eelkõige maksimaalset saavutatavat jäikust ning vähest kahjustuste osakaalu. Erinevaid toru profiile kasutades on võimalik suurendada jäikust ja aerodünaamilisi omadusi. Keskmise ja kõrgema hinnaga jalgrataste seas muutub üha tavalisemaks süsinikkiust valmistatud rattaraamide, kahvlite, juhtraudade, sadulapostide ja väntade kasutamine.

 
Süsinikkiust valmistatud profijalgratas

Kuigi süsinikkiududest rattaraamid ja -osad on kergemad ja tugevamad kui tavalistest metallidest valmistatud, on mõnedel asjaoludel täheldatud märkimisväärset lõhenemise ja kahjustuste määra.[13][14] Sellised asjaolud võivad olla tingitud kokkupõrgetest. Komponentide ülepingutamine või vale paigaldus võivad samuti põhjustada osade purunemist või kahjustumist.[15] Purunenud süsinikosi on siiski võimalik ka parandada.[16]

Süsinikkomposiite kasutatakse mitmesuguste sporditarvete (reketid, õngeridvad, rulad, sõudepaadid) tootmisel. Elukutseliste hokiliigas NHL kasutatakse enamik mängijate poolt süsinikkiust hokikeppe, teivashüppe teibad on samuti valmistatud süsinikkiust. Mitmekordne paraolümpialane Oscar Pistorius kasutab jooksmisel süsinikkiust valmistatud vetruvaid proteese. Süsinikgrafiit vardaid kasutatakse sporttuulelohede raamide ja kvaliteetsete vibunoolte valmistamisel. Tippklassi korvpallijalatsite tootjad kasutavad mõnede mudelite puhul labajala stabiilsuse ja parema püsivuse eesmärgil jalasääre plaatides süsinikkiudu.

2006. aastal tutvustas üks kriketikurikate tootjafirma süsinikkiududest kihiga vääristatud kurikaid, mida kasutasid suurtel võistlustel sellised tippklassi mängijad nagu Ricky Ponting ja Michael Hussey. Süsinikkiud võeti kasutusele eesmärgiga suurendada nahkhiirte vastupidavust, kuid nende kasutamine keelati ICC poolt kõikides 2007. aastal toimuvates kõrgliiga mängudes.[17] 

Muud rakendusvaldkonnad muuda

 
Süsinikkiust Victoria kitarr

Süsinikkiud on leidnud oma jäikuse tõttu kasutust ka heliseadmete komponentide (nt plaadimängijad ja valjuhääldid) ehitamisel.

Materjali kasutatakse eebenipuu asendajana teatud muusikariistades (keelpillipoognad, torupillitorud). Süsinikkiust on loodud ka terveid muusikariistu nagu näiteks Victoria kitarrid, Luis’ ja Clarki tšello ning Mixi süsinikkiust mandoliinid.

Tulirelvade puhul kasutatakse süsinikkiudu eelkõige üldise kaalu vähendamiseks, asendades metallist, puust ja klaaskiust osi. Kuigi mitmeid väliseid relvaosi on võimalik valmistada sünteetilistest materjalidest, ei sobi need relva sisemiste metallist osade asendamiseks.

Süsinikkiust osi kasutatakse raadiosignaalide abil juhitavate sõidukite standardvarustuses või siis järelturu osades. Näiteks paljude raadiosignaalide teel juhitavate helikopterite tootmisel kasutatakse süsinikkiust rootorilabasid, mis muudavad seadme kergemaks ning õhus paremini juhitavaks.

Polümeerid või termokõvastunud komposiidid aitavad oluliselt suurendada materjali tulekindlust. Pinna lähedale valatud õhuke, tihe ja kompaktne süsinikkiukiht peegeldab tõhusalt soojust.[18] Sellist tehnoloogiat kasutatakse IBM/Lenovo ThinkPadi ja Dell XPS 13. seeria ning mitme Sony sülearvuti puhul.

Jäätmekäitlus ja taaskasutus muuda

Süsinikkiuga tugevdatud polümeerid (CFRP) omavad päikese eest kaitstuna pikka kasutusiga. Materjali demonteerimise korral ei saa seda aga sulatada sarnaselt paljude metallidega. Vinüüli (PVC või polüvinüülkloriid) ja muude halogeenitud polümeeride korral saab süsinikkiud tugevdusega polümeere hapniku keskkonnas termilise depolümerisatsiooni abil lagundada. Seda on võimalik saavutada naftatööstuses ühe etapilise protsessi kaudu. Selle abil on võimalik süsinikdioksiidi ja monomeeride kogumine ja taaskasutamine. Süsinikkiudu saab madalal temperatuuril ka jahvatada või purustada, kuid selline protsess halvendab oluliselt kiu väärtust. Sarnaselt taaskasutatava paberiga põhjustab kiu lühenemine taaskasutatava materjali kvaliteedi halvenemist. Siiski leidub veel tööstuslikke rakendusi, kus ei vajata täispikka süsinikkiudu. Näiteks kasutatakse hakitud korduskasutatavat süsinikkiudu tarbeelektroonikas (sülearvutid). Selline kasutamine loob võimaluse kasutada kiudu, mis oma omaduste poolest ei sobiks enam lennutööstuses kasutamiseks.

Süsiniknanotorudega tugevdatud polümeerid (CNRP) muuda

 
Süsiniknanotoru (CNT)

Zyvex Technologies tutvustas 2009. aastal süsiniknanotorudega tugevdatud epoksiidi ja süsiniku eeltöötlusega materjale.[19] Süsiniknanotoru (CNT) on silindrilise nanostruktuuriga süsiniku allotroop. Tänu erakordsele soojusjuhtivusele, mehaanilistele ja elektrilistele omadustele kasutatakse süsiniknanotorusid lisanditena struktuurimaterjalides. Süsiniknanotorudega tugevdatud polümeer (CNRP) on mitu korda tugevam ja raskem kui süsinikkiudtugevdusega polümeerid. Seda kasutati esimest korda Lockheed Martin F-35 Lightning II lennuki põhilise ehitusmaterjalina.[20] CNRP puhul kasutatakse endiselt esmaseks tugevdamiseks süsinikkiudu, kuid siduvaks maatriksiks on süsiniknanotorudega epoksiid.[21]

Vaata ka muuda

Viited muuda

  1. ↑ Kopeliovich, Dmitri. Carbon Fiber Reinforced Polymer Composites (http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=carbon_fiber_reinforced_polymer_composites). substech.com.
  2. ↑ Basic Properties of Reference Crossply Carbon-Fiber Composite (https://web.archive.org/web/20120619134226/http://www.ornl.gov/~webworks/cpr/v823/rpt/106099.pdf). Oak Ridge National Laboratory, veebruar 2000.
  3. ↑ Mold Construction (http://www.fibreglast.com/product/mold-construction). Fibre Glast Developments Corporation.
  4. ↑ Vacuum Bagging Equipment and Techniques for Room-Temp Application (http://www.fibreglast.com/product/vacuum-bagging-equipment-and-techniques-for-room-temp-applications). Fibre Glast Development Corporation
  5. ↑ Filament Winding – The Basics (https://web.archive.org/web/20140202180924/http://composite.about.com/od/equipment/a/Filament-Winding-The-Basics.htm). About.com.
  6. ↑ "Taking the lead: A350XWB presentation" (https://web.archive.org/web/20090327094646/http://www.eads.com/xml/content/OF00000000400004/7/19/41508197.pdf). EADS. December 2006. Archived from the original (http://www.eads.com/xml/content/OF00000000400004/7/19/41508197.pdf). 27 märts 2009.
  7. ↑ 7,0 7,1 The Future of Carbon Fiber-Reinforced Polymer (http://techkiddy.blogspot.com/2012/11/the-future-of-carbon-fiber-reinforced.html#). 16 november 2012.
  8. ↑ "Red Bull's How To Make An F1 Car Series Explains Carbon Fiber Use: Video" (http://www.motorauthority.com/news/1087167_red-bulls-how-to-make-an-f1-car-series-explains-carbonfiber-use-video). http://www.motorauthority.com. 11 oktoober 2013.
  9. ↑ BMW/SGL – Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) (https://web.archive.org/web/20140219014735/http://www.drivingthenation.com/?p=8523). Drivingthenation, august 2013.
  10. ↑ Ismail, N. "Strengthening of bridges using CFRP composites."(https://web.archive.org/web/20120425231749/http://www.najif.net/wp-content/uploads/2007/12/cfrppaper.pdf) najif.net.
  11. ↑ Rahman, S. (november 2008). "Don’t Stress Over Prestressed Concrete Cylinder Pipe Failures"(http://www.awwa.org/publications/opflow/abstract/articleid/18373.aspx). Opflow Magazine 34 (11): 10–15.
  12. ↑ Pike, Carolyn M.; Grabner, Chad P.; Harkins, Amy B. (4 May 2009). "Fabrication of Amperometric Electrodes". Journal of Visualized Experiments (27). doi:10.3791/1040 (http://dx.doi.org/10.3791%2F1040).
  13. ↑ "The Perils of Progress" (https://web.archive.org/web/20130123184259/http://bicycling.com/blogs/boulderreport/2012/01/16/the-perils-of-progress/). Bicycling Magazine, 16 veebruar 2013.
  14. ↑ "Busted Carbon blog" (http://www.bustedcarbon.com/). Bustedcarbon.com, 16 veebruar 2013.
  15. ↑ "Carbon Bicycle and Component Care" (https://web.archive.org/web/20140221204227/http://www.bicyclewarehouse.com/how-to/carbon-bicycle-andcomponent-care-pg457.htm). BicycleWarehouse.com, 16 veebruar 2013.
  16. ↑ "Inside Calfee Design's Carbon Repair Service" (http://www.bicycling.com/node/59457). Bicycling Magazine, 16 veebruar 2013.
  17. ↑ "ICC and Kookaburra Agree to Withdrawal of Carbon Bat" (https://web.archive.org/web/20110714165102/http://www.netcomposites.com/newspic.asp?3612). NetComposites, 31 detsember 2010.
  18. ↑ Zhao, Z. and Gou, J. (2009). "Improved fire retardancy of thermoset composites modified with carbon nanofibers". Sci. Technol. Adv. Mater. (free download) 10: 015005. doi:10.1088/1468-6996/10/1/015005 (http://dx.doi.org/10.1088%2F1468-6996%2F10%2F1%2F015005).
  19. ↑ Epovex kirjastus, 19 oktoober väljaanne "Zyvex Performance Materials Launch Line of Nano-Enhanced Adhesives that Add Strength, Cut Costs" (https://web.archive.org/web/20121016170430/http://www.zyvextech.com/www/dcms/files/datasheets/epovex-adhesive-pr.pdf). Zyvex Materials.
  20. ↑ Trimble, Stephen (2011-06-26) "Lockheed Martin reveals F-35 to feature nanocomposite structures."(http://www.flightglobal.com/articles/2011/05/26/357223/lockheed-martin-reveals-f-35-to-featurenanocomposite.html) Flight International.
  21. ↑ AROVEX™ Nanotube Enhanced Epoxy Resin Carbon Fiber Prepreg (https://web.archive.org/web/20121016170251/http://www.zyvextech.com/www/dcms/files/data-sheets/arovexmsds.pdf). Material Safety Data Sheet. zyvextech.com.
Pärit leheküljelt "https://et.wikipedia.org/w/index.php?title=Süsinikkiuga_tugevdatud_polümeerid&oldid=6596650"