W 1860 roku Joseph Swan wynalazł prototyp żarówki, półpróżniową lampę z drutu węglowego. Aby oświetlić ciemną noc, jako źródło światła w elektryce zastosowano włókno węglowe.
Wczesne włókno węglowe było niezauważalne, wykonane z włókien naturalnych, o niewielkiej wytrzymałości strukturalnej, jakość włókna z niego wykonanego była słaba, łatwo pękało w trakcie użytkowania, a jego trwałość daleka była od ideału i szybko zostało zastąpione włóknem wolframowym. W rezultacie badania nad włóknem węglowym weszły w okres uśpienia.
W latach 50. XX wieku zapotrzebowanie na materiały wysokotemperaturowe, odporne na korozję i o wysokiej wytrzymałości w sektorze lotniczym wzrosło, a ludzie ponownie zwrócili się ku węglikom. Po serii badań odkryto w końcu materiał o temperaturze topnienia 3600°C, który oficjalnie nazwano „włóknem węglowym”.
Najlepsze właściwości włókna węglowego to lekkość, wysoka wytrzymałość, wysoka wytrzymałość właściwa i moduł sprężystości. Jego gęstość jest mniejsza niż 1/4 gęstości stali. Wytrzymałość na rozciąganie jest około 10 razy większa niż żelaza, a moduł sprężystości przy rozciąganiu jest około 7 razy większy niż żelaza. Ponadto włókno węglowe charakteryzuje się szeregiem doskonałych właściwości, takich jak odporność na zmęczenie, odporność na rdzę, stabilność chemiczna i dobra stabilność termiczna.
W dziedzinie silników lotniczych włókno węglowe łączy się głównie z żywicą, metalem, ceramiką i innymi podłożami w formie wzmocnionej bazy. Takie połączenie nazywa się kompozytami wzmocnionymi włóknem węglowym (CFRP). Sprawdza się ono doskonale pod względem redukcji masy i wydajności, redukcji hałasu i emisji, poprawy wytrzymałości materiałów i oszczędności paliwa.
Kompozyty są również stopniowo wykorzystywane w wysokotemperaturowych komponentach silników lotniczych, takich jak cewnik zaworu przelewowego o zmiennym przepływie (VBV) silnika GEnx, wykonany z podwójnego amidu maleinowego (BMI) wzmocnionego włóknem węglowym, o masie zaledwie 3,6 kg na cewnik. Dysza o przepływie mieszanym (MFN) w rosyjskim silniku SaM146 również wykorzystuje elementy BMI wzmocnione włóknem węglowym, które są o około 20 kilogramów lżejsze od metalu.
W przyszłości, dzięki dalszemu zwiększaniu wytrzymałości i wytrzymałości kompozytów z włókna węglowego, zastosowanie kompozytów z włókna węglowego w silnikach lotniczych stanie się popularne: ulepszenie procesu tworzenia plastycznego skurczu cieplnego CFRTP, ulepszenie procesu węglowego w celu tworzenia kompozytów węgiel/węgiel CFRC, ulepszenie procesu tworzenia metalu CFRM, ulepszenie procesu tworzenia gumy CFRR ...... W obu kierunkach kompozyty z włókna węglowego będą niezbędnym materiałem dla przyszłych wysokowydajnych silników lotniczych.
Czas publikacji: 09-04-2019