Примена модерних композитних материјала

Области примене модерних композитних материјала

Savremeni kompozitni materijali, zahvaljujući svojstvenoj kombinaciji velike čvrstoće, lake težine, otpornosti na koroziju i prilagodljivim performansama, postali su ključna pokretačka sila tehnološke inovacije i industrijskog unapređenja u različitim sektorima. Među njima, kompoziti od karbonskih vlakana, elektronska tkanina i drugi napredni tipovi imaju izrazite primene, dajući novi zamah kako emergentnim industrijama, tako i tradicionalnim oblastima. U nastavku sledi detaljna analiza njihovih ključnih scenarija primene.

У економији ниске висине, која је у последњих неколико година изникла као нови покретач раста, композити од угљеничних влакана постали су незамењив избор материјала, при чему се удел ових материјала у дроновима и eVTOL (електричним летелицама са вертикалним полетањем и слетањем) значајно повећава. Дронови, било да се користе за аерофотографисање, логистичку испоруку или индустријску инспекцију, имају строге захтеве у погледу носивости и трајања рада. Композитни материјали од угљеничних влакана који се користе за трупове дронова не само да смањују укупну масу за 30–50% у поређењу са традиционалним металним материјалима попут алуминијумских легура, већ и одржавају изузетну структурну чврстоћу како би издржали комплексне аеродинамичке отпоре и спољашње удараце. За роторске делове, висок модул и отпорност на замор материјала од угљеничних влакана обезбеђују стабилан рад током дуготрајног вртења на великим брзинама, смањујући учесталост одржавања и замене делова. За eVTOL летелице, које су кључне за урбану ваздушну мобилност, структурни делови као што су крила и оквир направљени од композита од угљеничних влакана директно утичу на безбедност лета и оперативну ефикасност. Њихове лагане карактеристике могу значајно смањити потрошњу енергије из батерија, продужавајући домет лета, док њихова добра способност апсорбовања ударних оптерећења побољшава и удобност путника.

У области бродске и океанске инжењерске технике, композити од угљеничних влакана све већу улогу имају у подршци зеленој и ниског-угљеничној трансформацији индустрије, због својих изузетних предности у смислу смањења тежине, смањења буке и смањења потрошње енергије. Традиционални бродови најчешће су направљени од челика, који је тежак и склон корозији, што доводи до високе потрошње горива и учесталих трошкова одржавања. Након примене композита од угљеничних влакана на кључне делове као што су труп, надградња и витла, укупна тежина брода може се смањити за 20–30%, што директно смањује потрошњу горива за 10–15% и значајно смањује емисију угљен-диоксида и других загађивача. Уз то, композити од угљеничних влакана поседују добре особине звучне изолације и притушивања вибрација, што ефикасно смањује буку која настаје радом мотора и трењем трупа са морском водом, побољшавајући радни простор за посаду и смањујући утицај на морске екосистеме, као што су морска жива бића. Поред тога, композити од угљеничних влакана имају изузетну отпорност на корозију морске воде, чиме се избегава проблем корозије челичног трупа, значајно смањују трошкови одржавања и продужава радни век бродова.

У индустрији возила са новим изворима енергије, која је у периоду брзог развоја, најважније компаније убрзавају увођење композита од угљеничних влакана у истраживању и развоју као и у сарадњи око кључних компонената попут структуре тела и ротора мотора, с циљем да преодоле ограничења перформанси електромобила. Структура тела је један од кључних фактора који утиче на тежину и безбедност електромобила. Производња каросерије од композитних материјала на бази угљеничних влакана може смањити тежину за 40–60% у односу на традиционална челична тела, док је чврстоћа на затег навише од двоструке у односу на челик, чиме се ефикасно побољшава безбедносна перформанса возила и смањује потрошња енергије. Код ротора мотора, висока чврстоћа и ниска густина композита од угљеничних влакана омогућавају рад ротора на вишим брзинама, чиме се побољшава густина снаге и ефикасност мотора. Тренутно многе познате компаније производачи возила са новим изворима енергије успоставиле су стратешку сарадњу са произвођачима материјала од угљеничних влакана ради заједничког развоја интегрисаних технологија карбонских телеса и производа високих перформанси за роторе мотора. Очекује се да ће у наредних 3–5 година значајно порасти удео примене композита од угљеничних влакана у возилима са новим изворима енергије.

У областима чисте енергије и 5G комуникације, композити од електронског платна са ниском диелектричном константом постају кључни помоћни материјали, прилагођени техничким захтевима 5G-A (5G Advanced) технологије и промовишу оптимизацију лаке конструкције и високих фреквенција комуникационе опреме. Технологија 5G-A поставља више захтеве у погледу брзине преноса и стабилности сигнала код комуникационе опреме, што захтева да комуникациони материјали имају ниску диелектричну константу и ниску диелектричну дисипацију ради смањења атенуације сигнала. Композити од електронског платна са ниском диелектричном константом, због своје јединствене структуре влакана и састава материјала, могу ефикасно испунити ове техничке захтеве. У антенама базних станица и компонентама за пренос сигнала, примена композита од електронског платна са ниском диелектричном константом не само смањује тежину опреме, чинећи инсталацију и одржавање знатно лакшим, већ такође побољшава ефикасност преноса сигнала и отпорност опреме на интерференције. У области чисте енергије, као што је производња електричне енергије из ветра, композити на бази угљеничних влакана широко се користе за израду турбинских перки. Њихова висока чврстоћа и мала тежина омогућавају прављење дужих перки, чиме се побољшава ефикасност прикупљања ветрове енергије, док им отпорност на корозију осигурава стабилан рад у неповољним условима као што су јаки ветрови и киша.

Укратко, модерни композитни материјали показали су широке перспективе примене у различитим областима, а са сталним напретком технологије материјала и проширењем сценарија примене, наставиће да имају све важнију улогу у подстицању индустријске надоградње и технолошке иновације.