Aplikasi bahan komposit moden

Bidang Aplikasi Bahan Komposit Moden

Bahan komposit moden, dengan gabungan unik sifat kekuatan tinggi, ringan, rintangan kakisan, dan prestasi yang boleh disesuaikan, telah menjadi daya penggerak utama dalam inovasi teknologi dan peningkatan industri merentasi pelbagai sektor. Antara lain, komposit gentian karbon, komposit kain elektronik, dan varieti lanjutan lain mempunyai aplikasi yang sangat ketara, menyuntik vitaliti baharu ke dalam industri muncul dan bidang tradisional sama ada. Di bawah adalah analisis terperinci mengenai senario aplikasi utama mereka.

Dalam ekonomi altitud rendah, yang telah muncul sebagai enjin pertumbuhan baharu dalam beberapa tahun kebelakangan ini, komposit gentian karbon telah menjadi pilihan bahan yang tidak dapat digantikan, dengan peningkatan ketara dalam kadar penggunaannya pada dron dan pesawat eVTOL (lepas landas dan pendaratan menegak elektrik). Dron, sama ada digunakan untuk fotografi udara, penghantaran logistik, atau pemeriksaan industri, mempunyai keperluan ketat terhadap kapasiti muatan dan jangka hayat operasi. Bahan komposit gentian karbon yang digunakan dalam badan dron tidak sahaja mengurangkan berat keseluruhan sebanyak 30%-50% berbanding bahan logam tradisional seperti aloi aluminium, tetapi juga mengekalkan kekuatan struktur yang sangat baik untuk menahan rintangan udara yang kompleks dan hentaman luaran. Bagi komponen rotor, modulus tinggi dan rintangan fatik komposit gentian karbon memastikan operasi yang stabil semasa putaran laju berterusan, mengurangkan kekerapan penyelenggaraan dan penggantian. Bagi pesawat eVTOL, yang penting bagi mobiliti udara bandar, komponen struktur seperti sayap dan rangka yang diperbuat daripada komposit gentian karbon secara langsung menentukan keselamatan penerbangan dan kecekapan operasi. Ciri ringan mereka boleh mengurangkan penggunaan tenaga bateri secara ketara, memanjangkan julat penerbangan, manakala prestasi penyerap kejut yang baik juga meningkatkan keselesaan penumpang.

Dalam bidang kejuruteraan kapal dan lautan, komposit gentian karbon memainkan peranan yang semakin penting dalam mempromosikan transformasi hijau dan berkarbon rendah bagi industri ini, dengan kelebihan ketara dari segi pengurangan berat, pengurangan hingar, dan penjimatan tenaga. Kapal tradisional kebanyakannya diperbuat daripada keluli, yang berat dan mudah terhakis, menyebabkan penggunaan bahan api yang tinggi serta kos penyelenggaraan yang kerap. Selepas komposit gentian karbon digunakan pada bahagian utama seperti lambung kapal, struktur atas, dan kincir, keseluruhan berat kapal boleh dikurangkan sebanyak 20%-30%, yang secara langsung mengurangkan penggunaan bahan api sebanyak 10%-15% serta mengurangkan pelepasan karbon dioksida dan pencemar lain secara ketara. Pada masa yang sama, komposit gentian karbon mempunyai sifat penebat bunyi dan penyerap getaran yang baik, dapat secara berkesan mengurangkan hingar yang dihasilkan oleh operasi enjin kapal dan geseran lambung dengan air laut, meningkatkan persekitaran kerja anak kapal serta mengurangkan impak terhadap alam sekitar marin seperti organisma laut. Selain itu, komposit gentian karbon mempunyai rintangan kakisan yang kuat terhadap air laut, mengelakkan masalah kakisan lambung keluli, mengurangkan kos penyelenggaraan secara besar-besaran, dan memperpanjang jangka hayat kapal.

Dalam industri kenderaan tenaga baharu yang sedang mengalami perkembangan pesat, syarikat-syarikat utama sedang mempercepatkan pelaksanaan komposit gentian karbon dalam penyelidikan dan kerjasama komponen teras seperti struktur badan dan rotor motor, dengan matlamat untuk mengatasi kebuntuan prestasi kenderaan elektrik. Struktur badan merupakan salah satu faktor utama yang mempengaruhi berat dan keselamatan kenderaan elektrik. Penggunaan bahan komposit gentian karbon untuk pengeluaran badan mentah (body-in-white) boleh mengurangkan berat sebanyak 40%-60% berbanding badan keluli konvensional, manakala kekuatan tegangan adalah lebih dua kali ganda berbanding keluli, secara berkesan meningkatkan prestasi keselamatan kenderaan serta mengurangkan penggunaan tenaga. Bagi rotor motor, kekuatan tinggi dan ketumpatan rendah komposit gentian karbon membolehkan rotor beroperasi pada kelajuan yang lebih tinggi, meningkatkan ketumpatan kuasa dan kecekapan motor. Pada masa ini, ramai syarikat kenderaan tenaga baharu terkemuka telah membina kerjasama strategik dengan pengilang bahan gentian karbon untuk bersama-sama membangunkan teknologi badan gentian karbon bersepadu dan produk rotor motor berprestasi tinggi. Dianggarkan kadar penggunaan komposit gentian karbon dalam kenderaan tenaga baharu akan meningkat secara ketara dalam tempoh 3 hingga 5 tahun akan datang.

Dalam bidang tenaga bersih dan komunikasi 5G, komposit kain elektronik berkehilangan dielektrik rendah telah menjadi bahan sokongan utama, menyesuaikan diri dengan keperluan teknikal 5G-A (5G Advanced) serta mempromosikan pengoptimuman prestasi peralatan komunikasi dari segi ringan dan frekuensi tinggi. Teknologi 5G-A mengutarakan keperluan yang lebih tinggi terhadap kadar pemancaran dan kestabilan isyarat peralatan komunikasi, yang mana memerlukan bahan komunikasi memiliki pemalar dielektrik rendah dan kehilangan dielektrik rendah bagi mengurangkan atenuasi isyarat. Komposit kain elektronik berkehilangan dielektrik rendah, dengan struktur gentian dan komposisi bahan yang unik, mampu secara berkesan memenuhi keperluan teknikal ini. Dalam aplikasi antena stesen asas komunikasi dan komponen pemancaran isyarat, penggunaan komposit kain elektronik berkehilangan dielektrik rendah tidak sahaja mengurangkan berat peralatan, menjadikan pemasangan dan penyelenggaraan lebih mudah, tetapi juga meningkatkan kecekapan pemancaran isyarat dan keupayaan anti-gangguan peralatan tersebut. Dalam bidang tenaga bersih, seperti penjanaan tenaga angin, komposit gentian karbon turut digunakan secara meluas dalam bilah turbin angin. Sifat kekuatan tinggi dan ringan mereka membolehkan bilah dibuat lebih panjang, meningkatkan kecekapan penangkapan tenaga angin, manakala rintangan kakisan mereka memastikan operasi yang stabil dalam persekitaran mencabar seperti angin kencang dan hujan lebat.

Secara ringkas, bahan komposit moden telah menunjukkan prospek aplikasi yang luas dalam pelbagai bidang, dan dengan kemajuan teknologi bahan yang berterusan serta perkembangan senario aplikasi, bahan ini akan terus memainkan peranan yang lebih penting dalam memacu penggantian industri dan inovasi teknologi.