Koolstofvezel in ruimtevaarttoepassingen

Lucht- en ruimtevaart is een industrie vol verandering en innovatie. Lucht- en ruimtevaartingenieurs hebben gewerkt om de vlucht veiliger en duurzamer te maken, wat heeft geleid tot het gebruik van koolstofvezelcomposietmaterialen in vliegtuigen, helikopters en zelfs spaceshuttles.

Koolstofvezel is een materiaal gemaakt van koolstofatomen die zijn gerangschikt in lange, dunne kristallen. De rangschikking van deze kristallen maakt koolstofvezel extreem sterk vanwege de dikte, die minder is dan die van een mensenhaar. Koolstofvezel in combinatie met epoxy zorgt voor een sterk, lichtgewicht composietmateriaal dat op grote schaal in veel industrieën wordt gebruikt.

Voordelen van koolstofvezel in de ruimtevaart

Koolstofvezel is een uniek materiaal dat met epoxy in bijna elke vorm kan worden gegoten, inclusief vormen die niet kunnen worden bereikt met metalen, of zonder verschillende stukken aan elkaar te lassen en zwakke punten te creëren. Hierdoor is koolstofvezel een veelzijdig materiaal dat overal in de lucht- en ruimtevaart kan worden gebruikt, van stoelen tot frames. Maar waarom koolstofvezelcomposieten gebruiken in de ruimtevaart? Hier zijn enkele voordelen van koolstofvezel als het gaat om toepassingen in de ruimtevaart:

Lichtgewicht

Misschien wel een van de grootste voordelen van koolstofvezel voor ruimtevaarttoepassingen is hoe licht het is. Gewicht in de ruimtevaart is belangrijk omdat het een grote rol speelt bij het brandstofverbruik. Hoe lichter een vliegtuig, helikopter of spaceshuttle is, hoe minder brandstof er nodig is om het de lucht in te krijgen. Bovendien kunnen lichtere vliegtuigen verder reizen met minder brandstof, wat betekent dat er minder of geen tankstops nodig zijn. Brandstofverbruik is een uiterst belangrijke factor in kosten en milieubewustzijn.

Duurzaam

De sterkte-gewichtsverhouding van koolstofvezel is verbluffend. Het heeft een hoge treksterkte, wat betekent dat het ongelooflijk goed bestand is tegen breuk onder spanning. In de lucht- en ruimtevaart kunnen componenten van koolstofvezel de overlevingskansen bij ongevallen helpen verbeteren.

Metalen hybride verbindingen

Een nadeel van koolstofvezel in de ruimtevaart is dat het niet geleidend is; dat wil zeggen, het geleidt geen elektriciteit. Vliegtuigen zijn vaak onderhevig aan blikseminslagen, dus hun buitenste schil moet in staat zijn om elektriciteit te geleiden om elektriciteit van blikseminslagen af ​​te voeren en iedereen binnen het plan te beschermen. Momenteel kan koolstofvezel worden ingebed met geleidende metaaldraad, folie en gaas om de geleidbaarheid te bevorderen. Er zijn echter nieuwe toepassingen met hybride composietmaterialen in ontwikkeling om koolstofvezel geleidend te maken zonder afbreuk te doen aan andere voordelen.

Corrosiebestendig

Wanneer bepaalde metalen in contact komen, kunnen ze elkaar aantasten. Koolstofvezel veroorzaakt geen corrosie in contact met metalen of zichzelf. Dit betekent dat het gebruik van koolstofvezel in de ruimtevaart de levensduur van metalen onderdelen kan verbeteren.

Chemisch bestendig

Koolstofvezel is ook redelijk bestand tegen chemische blootstelling. Het zal niet verzwakken, corroderen of uit elkaar vallen zoals andere materialen bij blootstelling aan sterke chemicaliën.

Temperatuurbestendig

De meeste metalen zetten uit en krimpen op basis van de temperatuur van de omgeving waarin ze zich bevinden. In de ruimtevaart zijn metalen onderdelen tijdens het opstijgen en landen binnen enkele minuten onderhevig aan extreem drastische temperatuurveranderingen. Composieten zoals koolstofvezel zetten niet zo dramatisch uit en krimpen niet als ze worden blootgesteld aan snelle temperatuurveranderingen, waardoor ze duurzamer zijn dan metalen.

Koolstofvezelonderdelen in de ruimtevaart

Tegenwoordig vormen verschillende composietmaterialen ongeveer 40% van moderne vliegtuigen. Maar waar gebruiken we koolstofvezelcomposieten in vliegtuigen?

Koolstofvezel is bijna overal in vliegtuigen gebruikt, met name vliegtuigen. Het passagiersvliegtuig Boeing 787 Dreamliner bestaat bijvoorbeeld voor 50% uit composietmateriaal, waarbij het grootste deel van het composietmateriaal koolstofvezellaminaat of koolstofvezelsandwich is. Koolstofvezelmaterialen vormen de romp, of het hoofdlichaam, van het vliegtuig, evenals delen van de vleugels en staart. Boeing wijst erop dat naast brandstofefficiëntie, het gebruik van koolstof en andere composietmaterialen minder onderhoud mogelijk maakt, omdat ze niet corroderen of vermoeien zoals metalen. Minder onderhoud betekent meer vliegtijd, waardoor vliegtuigen van koolstofvezel winstgevender worden.

Koolstofvezel wordt ook gebruikt om metalen onderdelen in helikopters te vervangen, zoals de rotorbladen en staart. Het wordt ook toegepast voor instrumentbehuizingen, deuren en interieurcomponenten zoals stoelen. Hoewel het gebruik van koolstofvezel op kleinere manieren misschien niet het gevoel heeft dat het veel uitmaakt, kan het gewichtsverschil oplopen wanneer zwaardere materialen worden verwijderd. Bovendien, vanwege de weerstand van koolstofvezel tegen corrosie en vermoeidheid, verlengt het gebruik ervan voor instrumentbehuizingen het gebruik van die instrumenten en beschermt ze tegen beschadiging.

Koolstofvezelgietoplossingen van PCMI

Een belemmering voor koolstofvezel zijn vaak de kosten. PCMI Manufacturing biedt echter een uniek koolstofvezelgietproces dat gebruik maakt van goedkoper materiaal en snellere cyclussnelheden. Gemiddeld zorgt ons proces voor een kostenbesparing van 20-30% ten opzichte van conventionele productiemethoden.

Wilt u meer weten over hoe PCMI koolstofvezel gebruikt om innovatieve en complexe prototypeonderdelen te maken? Klik op de onderstaande link voor meer informatie!