W 1860 roku Joseph Swan wynalazł prototyp lamp żarowych, półpróżniową lampę z drutu węglowego. Aby oświetlić ciemną noc, jako ciało świetlne światła elektrycznego zastosowano włókno węglowe.
Wczesne włókno węglowe nie było zauważalne, było wykonane z włókien naturalnych, o małej wytrzymałości strukturalnej, jakość włókna z niego wykonanego była słaba, łatwo pękało w użytkowaniu, a jego trwałość była daleka od ideału i szybko zostało zastąpione włóknem wolframowym. W rezultacie badania nad włóknem węglowym weszły w okres uśpienia.
W latach 50. popyt na materiały wysokotemperaturowe, odporne na korozję i o wysokiej wytrzymałości w sektorze lotniczym wzrósł, a ludzie ponownie zwrócili swoje nadzieje w stronę węglików. Po serii badań w końcu znaleziono materiał o temperaturze topnienia 3600 ℃ i oficjalnie nazwano go „włóknem węglowym”.
Najlepsze właściwości włókna węglowego to lekkość, wysoka wytrzymałość, wysoka wytrzymałość właściwa i moduł właściwy, jego gęstość jest mniejsza niż 1/4 gęstości stali, jego wytrzymałość na rozciąganie jest około 10 razy większa niż żelaza, rozciąganie niż moduł sprężystości jest około 7 razy większe niż żelaza. Ponadto włókno węglowe ma wiele doskonałych właściwości, takich jak brak zmęczenia, nierdzewienie, stabilność chemiczna i dobra stabilność termiczna.
W dziedzinie silników lotniczych włókno węglowe łączy się głównie z żywicą, metalem, ceramiką i innymi podłożami w formie wzmocnionej bazy. Takie połączenie nazywa się kompozytami wzmocnionymi włóknem węglowym (CFRP). Sprawdza się ono pod względem redukcji masy i wydajności, redukcji hałasu i emisji, poprawy wytrzymałości materiałów i oszczędności paliwa.
Kompozyty są również stopniowo wykorzystywane w wysokotemperaturowych komponentach silników lotniczych, takich jak cewnik zaworu przelewowego o zmiennym przepływie (VBV) GEnx, wykonany z podwójnego amidu maleinowego (BMI) wzmocnionego włóknem węglowym, o wadze zaledwie 3,6 kg na cewnik. Dysza o mieszanym przepływie (MFN) w rosyjskim silniku SaM146 również wykorzystuje części BMI wzmocnione włóknem węglowym, które są o około 20 kilogramów lżejsze od metalu.
W przyszłości, dzięki dalszemu zwiększaniu wytrzymałości i odporności kompozytów z włókna węglowego, zastosowanie kompozytów z włókna węglowego w silnikach lotniczych stanie się popularne: ulepszenie procesu tworzenia tworzywa sztucznego CFRTP w procesie skurczu termicznego, ulepszenie procesu węglowego w celu tworzenia kompozytów węgiel/węgiel CFRC, ulepszenie procesu tworzenia metalu CFRM, ulepszenie procesu tworzenia gumy CFRR ...... W obu kierunkach kompozyty z włókna węglowego będą niezbędnym materiałem dla przyszłych wysokowydajnych silników lotniczych.
Czas publikacji: 09-kwi-2019