Қазіргі заманның күрделі материалдарының қолданылуы

Қазіргі заманның құрамдас материалдарының қолданылу салалары

Қазіргі заманғы композиттік материалдар өздерінің жоғары беріктіктерінің, жеңілдігінің, коррозияға төзімділігінің және қажеттілікке байланысты өзгерту мүмкіндігінің ұтымды үйлесімі арқасында әртүрлі салалардағы технологиялық инновация мен өнеркәсіптік жаңартудың негізгі қозғаушы күшіне айналды. Олардың ішінде көміртек талшықты композиттер, электрондық мата композиттері және басқа да алдыңғы қатарлы түрлері ерекше көрініс тапты, жаңа пайда болған салалар мен дәстүрлі салаларға жаңа өмір сыйлады. Төменде олардың негізгі қолданылу сценарийлеріне терең талдау жасалады.

Соңғы жылдары жаңа өсу қозғалтқышы ретінде пайда болған төменгі биіктік экономикасында көміртек талшықты композиттер дрондар мен eVTOL (электрлік вертикальды ұшу және қону) ұшақтарындағы қолданылу үлесінің айтарлықтай өсуімен қатар алмастырылмайтын материал таңдауына айналды. Аэрофотосуретке түсіру, логистикалық жеткізу немесе өнеркәсіптік тексеру үшін пайдаланылатын дрондарға пайдалы жүк көтеру қабілеті мен ұшу уақыты бойынша қатаң талаптар қойылады. Дрон фюзеляждарында қолданылатын көміртек талшықты композитті материалдар алюминий қорытпалары сияқты дәстүрлі металдармен салыстырғанда жалпы салмақты 30%-50% азайтады, сонымен қатар күрделі ауа кедергілері мен сыртқы соққыларға төтеп беруге мүмкіндік беретін құрылымдық беріктікті сақтайды. Ротор бөлшектері үшін көміртек талшықты композиттердің жоғары модулі мен шаршауға төзімділігі ұзақ уақыт бойы жоғары жылдамдықпен айналу кезінде тұрақты жұмыс істеуді қамтамасыз етеді және техникалық қызмет көрсету мен ауыстырудың жиілігін азайтады. Қалалық ауа қозғалысы үшін маңызды eVTOL ұшақтарында қанаттар мен рамалар сияқты құрылымдық элементтерді көміртек талшықты композиттерден жасау тікелей ұшу қауіпсіздігі мен жұмыс тиімділігін анықтайды. Олардың жеңіл салмақтылығы аккумулятордың энергия тұтынуын айтарлықтай төмендетіп, ұшу қашықтығын ұзартады, сонымен қатар жақсы соққыға төзімділігі жолаушылардың ыңғайлылығын да арттырады.

Кеме және мұхит инженериясы саласында көміртегі талшықты композиттер саланың жасыл және төменгі көміртегіге өтуін ынталандыруда салмақты, дыбыс төмендету және энергия тұтынуды азайтудағы ерекше артықшылықтарымен барынша маңызды рөл атқаруда. Дәстүрлі кемелер негізінен болаттан жасалады, ол ауыр, коррозияға бейім, осылайша отын шығыны мен жөндеу құны жоғары болады. Көміртегі талшықты композиттерді кеме корпусы, үстеме құрылымдар және бұрандалар сияқты негізгі бөлшектерге қолданғаннан кейін кеменің жалпы салмағы 20%-30% азаяды, бұл тікелей отын шығынын 10%-15% төмендетеді және көміртегі диоксиді мен басқа да ластағыш заттардың шығарылуын мүмкіндігінше азайтады. Сонымен қатар, көміртегі талшықты композиттер дыбыс оқшаулау және тербелісті жұтудың жақсы қасиеттеріне ие, кеме қозғалтқышының жұмысы кезінде пайда болатын дыбыс пен теңіз суымен корпус үйкелісінен туындайтын дыбысты тиімді түрде төмендетеді, экипаждың жұмыс ортасын жақсартады және теңіз организмдері сияқты теңіз экологиялық ортасына әсерін азайтады. Сонымен қатар, көміртегі талшықты композиттер теңіз суына қарсы мықты коррозияға төзімді, болаттан жасалған корпуслардың коррозиялану проблемасын болдырмау арқылы жөндеу құнын әжептәуір төмендетеді және кемелердің жұмыс істеу мерзімін ұзартады.

Тез дамып келе жатқан жаңартылған энергиялық көлік өнеркәсібінде ірі кәсіпорындар дене құрылымдары мен электр қозғалтқыш роторлары сияқты негізгі компоненттерді зерттеу және ынтымақтастық бойынша көміртегі талшықтарының құрамдас материалдарын пайдалануды жеделдетуде, бұл электр көлігінің өнімділігіндегі тежеулерді жеңуге бағытталған. Дене құрылымы электр көлігінің салмағы мен қауіпсіздігіне әсер ететін негізгі факторлардың бірі болып табылады. Дененің негізгі бөлігін (body-in-white) дайындау үшін көміртегі талшықтарының құрамдас материалдарын пайдалану дәстүрлі болат денемен салыстырғанда салмақты 40%-60% азайтады, ал созылу беріктігі болаттан екі еседен де асады, бұл көліктің қауіпсіздік сапасын арттырумен қатар энергия тұтынуды азайтады. Электр қозғалтқыш роторлары үшін көміртегі талшықтарының құрамдас материалдарының жоғары беріктігі мен төменгі тығыздығы роторды одан әрі жоғары жылдамдықпен жұмыс істеуге мүмкіндік береді, бұл қозғалтқыштың өнімділік тығыздығы мен тиімділігін арттырады. Қазіргі уақытта көптеген танымал жаңартылған энергиялық көлік кәсіпорындары көміртегі талшықтарын шығаратын компаниялармен стратегиялық серіктестік орнатып, интеграцияланған көміртегі талшықтары бар дене технологиялары мен жоғары өнімді ротор өнімдерін бірлесіп жасауда. Келесі 3-5 жыл ішінде жаңартылған энергиялық көліктерде көміртегі талшықтарының құрамдас материалдарының қолданылу деңгейі едәуір өседі деп күтілуде.

Таза энергия және 5G байланысы саласында төмен диэлектрлі электрондық мата композиттері 5G-A (5G Advanced) технологиялық талаптарына сәйкес келетін негізгі қолдау материалдарына айналды және байланыс жабдықтарының жеңілдігі мен жоғары жиілікті өнімділігінің оптимизациялануын ынталандырады. 5G-A технологиясы байланыс жабдықтарының берілу жылдамдығы мен сигнал тұрақтылығына жоғары талаптар қояды, бұл сигналдың өшуін азайту үшін байланыс материалдарының төмен диэлектрлік тұрақтылығы мен төмен диэлектрлік шығыны болуын талап етеді. Өзіндік ерекше талшық құрылымы мен материал құрамына ие төмен диэлектрлі электрондық мата композиттері осындай техникалық талаптарды тиімді түрде қанағаттандыра алады. Байланыс базалық станцияларының антенналарында және сигнал беру компоненттерінде төмен диэлектрлі электрондық мата композиттерін қолдану жабдықтардың салмағын азайтады, ол оларды орнату мен қызмет көрсетуді ыңғайлы етеді, сонымен қатар жабдықтардың сигнал беру тиімділігін және интерференцияға қарсы төзімділігін арттырады. Таза энергия саласында, мысалы жел энергиясын өндіруде, көміртегі талшықты композиттер де жел қозғалтқышының жапырақтарында кеңінен қолданылады. Олардың жоғары беріктігі мен жеңілдігі жапырақтарды ұзын қылып жасауға мүмкіндік береді, бұл жел энергиясын ұстап алу тиімділігін арттырады, ал олардың коррозияға төзімділігі күшті желдер мен қатты жаңбырлар сияқты қатаң жағдайларда тұрақты жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.

Қорытындылай келе, заманауи композитті материалдар әртүрлі салаларда кеңінен қолдану перспективаларын көрсетті және материалдар технологиясының үздіксіз дамуы мен қолдану аясының кеңеюімен олар өнеркәсіпті жаңарту мен технологиялық инновацияларды дамытуда одан әрі маңызды рөл атқара береді.