Каковы конкретные области применения углеродного волокна?

Углеродное волокно обладает такими преимуществами, как лёгкость, высокая прочность, высокий модуль упругости, стойкость к высоким температурам, ударостойкость, химическая устойчивость к коррозии, а также низкий коэффициент теплового расширения. Однако его недостатки включают низкое удлинение при разрыве и низкую вязкость. Поэтому углеродное волокно само по себе имеет ограниченное применение и в основном используется в качестве армирующего волокна в композитных материалах, таких как армированные пластмассы, армированный цемент, армированные керамика, армированные металлы и углеродо-углеродные композиты.

В авиационной области замена части алюминиевого сплава в самолётах на углеродные волоконные композиты позволяет снизить вес фюзеляжа на 15% до 40%. По оценкам, уменьшение массы реактивного пассажирского самолёта на 450 г может сэкономить примерно 1000 долларов за весь срок эксплуатации воздушного судна. Климатические условия в космическом пространстве непредсказуемы: температура под прямыми солнечными лучами достигает более 100°C, тогда как в затенённых областях она опускается ниже -200°C. Это требует от самолётов способности выдерживать экстремальные перепады температур. Углеродные волоконные композиты с их специально разработанным близким к нулю коэффициентом теплового расширения применяются в аэрокосмической технике, например, в конструкциях отражающих антенн, рамах солнечных батарей и параболических устройств на геостационарных спутниках связи, демонстрируя не только высокую прочность и модуль упругости, но и стабильность размеров. Углеродные волоконные композиты обладают надлежащей стойкостью к абляции. Когда космический аппарат входит обратно в атмосферу со скоростью 8 км/с, температура его поверхности достигает 3000°C, однако лишь небольшая часть поверхности из углеродного волоконного композита подвергается абляции, эффективно рассеивая тепло и предотвращая повреждение внутренней части аппарата.

В транспортной отрасли применение углеродного волокна непрерывно расширяется. От 20% до 60% автомобильных компонентов, таких как карданные валы, пружины, ступицы колёс, корпуса, бамперы и рычаги управления, могут изготавливаться с использованием углепластиков, что позволяет снизить массу автомобиля на 70%, значительно сэкономить бензин и уменьшить расходы на топливо более чем на 35%. Снижение массы автомобиля эффективно улучшает его эксплуатационные характеристики, например, снижает шум, повышает скорость, уменьшает загрязнение и снижает энергопотребление.

В строительной сфере применение цементных материалов, армированных углеродным волокном, за последние годы достигло выдающегося прогресса. Добавление примерно 4% углеродного волокна к цементу может повысить его ударную вязкость на 30–50%, вдвое увеличить прочность на изгиб, уменьшить образование трещин и улучшить стойкость к коррозии. Цемент, армированный углеродным волокном, также можно использовать в мостах, дымовых трубах, кровлях, напольных панелях, различных трубах и прутках.

В спортивных товарах углеродное волокно составляет около 50% мирового потребления углеродного волокна. В настоящее время композитные материалы из углеродного волокна используются в клюшках для гольфа, рыболовных удилищах, теннисных и бадминтонных ракетках, лыжах, луках, водных лыжах, мачтах, шестах для прыжков с шестом, гоночных автомобилях, гоночных лодках и моделях. Применение композитных материалов из углеродного волокна в этой области весьма значительное.

В текстильной промышленности углеродные волоконные композитные материалы также используются в механизмах ввода утка, головках ввода утка ткацких станков, чепцах высокоскоростных ткацких станков, высокоскоростных вращающихся деталях текстильного оборудования и челноках. В других областях, таких как химическая промышленность, энергетика, текстиль, биология, электроника, медицинское обслуживание, а также обивочные или декоративные материалы, применение углеродного волокна становится всё более разнообразным; при этом его развитие демонстрирует быстрое распространение, похожее на «чёрную революцию».