Nel 1860, Joseph Swan inventò il prototipo delle lampade a incandescenza, la lampada a filo di carbonio semivuoto. Per illuminare la notte buia, come corpo luminoso della luce elettrica, si ricorse alla fibra di carbonio.
La fibra di carbonio iniziale non era evidente, era composta da fibre naturali, aveva scarsa resistenza strutturale, la qualità del filamento era scadente, si rompeva facilmente con l'uso e la sua durata era tutt'altro che ideale, tanto che fu rapidamente sostituita da un filamento di tungsteno. Di conseguenza, la ricerca sulla fibra di carbonio è entrata in un periodo di quiescenza.
Negli anni '50, la domanda di materiali ad alta resistenza, resistenti alle alte temperature e alla corrosione nel settore aerospaziale aumentò e le speranze si rivolsero nuovamente ai carburi. Dopo una serie di studi, fu finalmente trovato il materiale con un punto di fusione di 3.600 °C, ufficialmente denominato "fibra di carbonio".
Le migliori proprietà della fibra di carbonio sono leggerezza, elevata resistenza, elevata resistenza specifica e modulo elastico, la sua densità è inferiore a 1/4 di quella dell'acciaio, il suo rapporto di resistenza a trazione è circa 10 volte superiore a quello del ferro, e il suo modulo elastico è circa 7 volte superiore a quello del ferro. Inoltre, la fibra di carbonio presenta una varietà di eccellenti caratteristiche, come la resistenza alla fatica, la resistenza alla ruggine, la stabilità chimica e la buona stabilità termica.
Nel campo dei motori aeronautici, la fibra di carbonio viene principalmente combinata con resina, metallo, ceramica e altri substrati sotto forma di base rinforzata; questa combinazione è chiamata compositi rinforzati con fibra di carbonio (CFRP); funziona bene in termini di riduzione del peso ed efficienza, riduzione del rumore e delle emissioni, miglioramento della resistenza del materiale e risparmio di carburante.
I materiali compositi vengono gradualmente utilizzati anche nei componenti ad alta temperatura dei motori aeronautici, come il catetere della valvola di troppo pieno variabile (VBV) del GEnx, realizzato in doppia maleammide (BMI) rinforzata con fibra di carbonio, con un peso di soli 3,6 kg per catetere. Anche l'ugello a flusso misto (MFN) del motore russo SaM146 utilizza parti in BMI rinforzate con fibra di carbonio, che sono circa 20 chilogrammi più leggere del metallo.
In futuro, con l'ulteriore miglioramento della resistenza e della tenacità dei compositi in fibra di carbonio, l'applicazione di compositi in fibra di carbonio nei motori aeronautici sarà popolare: migliorare il processo di formazione della plastica a restringimento termico CFRTP, migliorare il processo del carbonio per formare compositi carbonio/carbonio CFRC, migliorare la formazione del processo metallico CFRM, migliorare la formazione del processo della gomma CFRR ...... In entrambe le direzioni, i compositi in fibra di carbonio saranno un materiale essenziale per i futuri motori aeronautici ad alte prestazioni.
Data di pubblicazione: 09-04-2019