Izturības veiktspēja
Oglekļa šķiedras stiprības un svara attiecība ir viena no tās nozīmīgākajām īpašībām. Parastās oglekļa šķiedras stiepes izturība var sasniegt vairāk nekā 3500MPA, kas ir 5-7 reizes vairāk nekā parastā tērauda, savukārt tā blīvums ir tikai aptuveni 1,6 g/cm³, apmēram 1/4 tērauda. Šī lieliskā izturības un svara attiecība dod oglekļa šķiedrai nepārspējamu priekšrocību lietojumos, kuriem nepieciešama augsta izturība un vieglums.
Teiciens "Viens oglekļa šķiedras saišķis var vilkt divus lielus gaisa kuģus" spilgti parāda pārsteidzošo oglekļa šķiedras stiprumu. Kā piemēru ņemiet Boeing 747 lidmašīnu, tā maksimālais pacelšanās svars ir aptuveni 400 tonnas. Pieņemot, ka tiek izmantots oglekļa šķiedras saišķis ar 5 mm diametru, tā šķērsgriezuma laukums ir aptuveni 19,6 mm², un stiepes izturība var sasniegt 68,6 tonnas. Tāpēc teorētiski tikai apmēram 6 šādas oglekļa šķiedras saišķi ir nepieciešami, lai vilktu divus pilnībā noslogotus Boeing 747 lidmašīnas. Šis piemērs spilgti ilustrē lielisko oglekļa šķiedras materiālu veiktspēju, izturot milzīgus stiepes spēkus
Rūpniecības pielietojumi
Lieliskā oglekļa šķiedras veiktspēja ir padarījusi to plaši izmantotu daudzās rūpniecības jomās. Aviācijas un kosmosa jomā oglekļa šķiedras kompozītus izmanto, lai ražotu galvenos komponentus, piemēram, gaisa kuģu fizelāžas, spārnus un astes. Piemēram, Boeing 787 Dreamliner fizelāža un spārni galvenokārt ir izgatavoti no oglekļa šķiedras kompozītiem, kas samazina gaisa kuģa svaru par 20% un uzlabo degvielas patēriņa efektivitāti par 10-15%.
Automobiļu ražošanas jomā oglekļa šķiedru izmanto augstas veiktspējas sporta automašīnu ķermeņa un šasijas komponentu ražošanai. BMW i3 elektromobiļa korpuss ir gandrīz pilnībā izgatavots no oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem, kas ievērojami samazina transportlīdzekļa svaru un palielina kruīza diapazonu. Būvniecības jomā oglekļa šķiedru izmanto, lai stiprinātu un labotu betona struktūras, uzlabojot ēku seismisko pretestību un kalpošanas laiku.
Sporta aprīkojuma jomā oglekļa šķiedru plaši izmanto, lai ražotu augstas veiktspējas sporta aprīkojumu, piemēram, golfa klubus, tenisa raketes un velosipēdu rāmjus. Šīs lietojumprogrammas ne tikai izmanto oglekļa šķiedras augstas stiprības īpašības, bet arī pilnībā atskaņo tā labo vibrācijas slāpēšanas veiktspēju, uzlabojot sporta aprīkojuma veiktspēju un izmantošanas pieredzi.
Turpmākā attīstība
Oglekļa šķiedras materiāli ir parādījuši izcilu sniegumu un plašas lietošanas iespējas, taču to attīstība joprojām saskaras ar dažiem izaicinājumiem. Pirmais ir izmaksu jautājums. Pašreizējās oglekļa šķiedras ražošanas izmaksas joprojām ir augstas, kas ierobežo tā izmantošanu dažos liela mēroga lietojumos. Otrais ir pārstrādes jautājums. Oglekļa šķiedru kompozītmateriālu pārstrādes un atkārtotas izmantošanas tehnoloģija joprojām ir jāizstrādā un jāuzlabo.
Nākotnē oglekļa šķiedras materiālu attīstība koncentrēsies uz šādiem aspektiem: pirmkārt, izstrādājot jaunus lētu ražošanas procesus, piemēram, jaunu prekursoru materiālu izmantošanu vai ražošanas procesu optimizēšanu; Otrkārt, uzlabojot oglekļa šķiedras darbību, piemēram, jaunu oglekļa šķiedru izstrāde ar īpaši augstu izturību vai īpaši augstu moduli; Treškārt, kompozītmateriālu tehnoloģiju uzlabošana, piemēram, jaunu sveķu matricu izstrāde vai interfeisa savienošanas optimizēšana; Ceturtkārt, efektīvas pārstrādes tehnoloģijas izstrāde, lai sasniegtu oglekļa šķiedru materiālu pārstrādi.
Izstrādājot nanotehnoloģiju, pētījumi par jauniem oglekļa materiāliem, piemēram, oglekļa nanocaurulēm un grafēnam, ir arī sniegusi jaunas idejas oglekļa šķiedras attīstībai. Šie jaunie materiāli oglekļa šķiedrai var radīt jaunus veiktspējas uzlabojumus un pielietojuma zonas.
