År 1860 uppfann Joseph Swan prototypen för glödlampor, halvvakuumlampan av koltråd. För att lysa upp den mörka natten, som den lysande kroppen i det elektriska ljuset, användes kolfiber.
Den tidiga kolfibern var osynlig, den var gjord av naturfibrer med låg strukturell styrka, kvaliteten på filamentet var dålig, gick lätt sönder vid användning och dess hållbarhet var långt ifrån idealisk, och ersattes snabbt av volframfilament. Som ett resultat har forskningen på kolfiber gått in i en vilande period.
På 1950-talet ökade efterfrågan på högtemperatur-, korrosionsbeständiga och höghållfasta material inom flyg- och rymdsektorn, och man satte återigen sina förhoppningar mot karbider. Efter en serie studier hittades så småningom materialet med en smältpunkt på 3 600 ℃ och fick officiellt namnet "kolfiber".
Kolfiberns bästa egenskaper är lättvikt, hög hållfasthet, hög specifik hållfasthet och god specifik modul. Dens densitet är mindre än 1/4 av stål, dess draghållfasthet är cirka 10 gånger högre än järns, och elasticitetsmodulen är cirka 7 gånger högre än järns. Dessutom har kolfiber en mängd utmärkta egenskaper, såsom utmattningsbeständighet, rostfrihet, kemisk stabilitet och god termisk stabilitet.
Inom flygmotorer kombineras kolfiber huvudsakligen med harts, metall, keramik och andra substrat i form av förstärkta baser, och kombinationen kallas kolfiberförstärkta kompositer (CFRP). Det fungerar bra när det gäller viktminskning och effektivitet, minskar buller och utsläpp, förbättrar materialstyrka och bränsleekonomi.
Kompositer används också gradvis i högtemperaturkomponenter i flygmotorer, såsom GEnx-katetern för variabel överströmningsventil (VBV), tillverkad av kolfiberförstärkt dubbel maleinsyraamid (BMI), med en vikt på endast 3,6 kg per kateter. Blandflödesmunstycket (MFN) på den ryska SaM146-motorn använder också kolfiberförstärkta BMI-delar, vilka är cirka 20 kilogram lättare än metallen.
I framtiden, med den ytterligare förbättringen av kolfiberkompositers styrka och seghet, kommer tillämpningen av kolfiberkompositer i flygmotorer att bli populär: förbättra CFRTP vid termisk krympning av plastbildningsprocesser, förbättra kolprocessen för att bilda CFRC kol/kolkompositer, förbättra bildandet av CFRM-metallprocessen, förbättra bildandet av gummiprocessen CFRR ...... I båda riktningarna kommer kolfiberkompositer att vara ett viktigt material för framtida högpresterande flygmotorer.
Publiceringstid: 9 april 2019