Notkunarsvið samsettra efna

Samsett efni eru framleidd með því að sameina tvö eða fleiri önnur efni þannig að þau bæta hvort annað upp og bæta hvort annað, en viðhalda samt einstökum eiginleikum sínum í lokaafurðinni.

plastplötuútpressunarvél

vélar fyrir endurvinnslu plasts

Vegna framúrskarandi frammistöðu sinnar hafa samsett efni verið mikið notuð á ýmsum sviðum og þessi greinaröð mun taka ítarlega yfirlit yfir helstu notkunarsvið samsettra efna, þar á meðal: flug- og geimferðaiðnað, bílaiðnað, byggingariðnað, orku, orkugeymslu, innviði, sjóflutninga, leiðslur og geymslutanka, íþróttir og afþreyingu, samgöngur og önnur tíu svið.

1

Aerospace

Stórir flugframleiðendur eins og evrópski Airbus og bandaríski Boeing hafa sýnt fram á möguleika á stórfelldri notkun samsettra efna í flugi, en NASA hefur verið að leita að framleiðendum samsettra efna fyrir eldflaugar og önnur geimför með nýstárlegar lausnir fyrir samsett efni.

Hlutfall samsettra efna í hverri nýrri kynslóð flugvéla sem Boeing þróar hefur aukist og hlutfall samsettra efna í Boeing 787 Dreamliner hefur farið yfir 50%. Helstu byggingarhlutar Boeing 787 Dreamliner eru gerðir úr koltrefjasamstæðum sem eru meira úr „samloku“-samstæðum og háþróaðri koltrefjalaminötum, sem færist frá gömlum trefjaplastsamsetningum.

Hins vegar eru aramíðþræðir mikið notaðir í smíði á fram- og afturbrúnarvængjum, sem og mjög stífum og léttum skilrúmum, eldsneytistankum og gólfum. Þar að auki eru háþróuð samsett efni úr mjög sterkum og stífum trefjum sem eru felld inn í algeng fylliefni einnig mikið notuð í geimferðaiðnaðinum.

2

Bílaiðnaður

Sem stærsti markaður fyrir samsett efni er bílaiðnaðurinn ekki ókunnugur samsettum efnum. Auk þess að vera brautryðjendastarf í hönnun ökutækja eru samsett efni að hjálpa til við að gera ökutæki léttari og sparneytnari. Bílar þurfa áreiðanlega, samstillta kerfi með íhlutum sem þola núning, tæringu og hitasveiflur.

Ónákvæmni í hönnun eða framleiðslu hefur áhrif á afköst og getur kostað framleiðandann viðskipti. Í samanburði við málmstál uppfyllir afköst samsettra efna kröfur bílaiðnaðarins og fara fram úr þeim. Þessir einstöku eiginleikar eru meðal annars:

lágur varmaþenslustuðull

Frábær víddarstöðugleiki fyrir formhald og áreiðanleika

Tæringarþol í blautum og þurrum aðstæðum

Mikil höggþol til að þola endurtekna notkun

Tiltölulega létt til að draga úr heildarþyngd ökutækisins

Betri hljóðeinangrun og betri afköst

Málunarhæfni, þar með talið hæfni til að uppfylla kröfur um yfirborð í A-flokki, málun og bakstursferla

Auðvelt í framleiðslu og tiltölulega lágur kostnaður

Dæmigert notkunarsvið samsettra efna í innri og ytri byggingarframkvæmdum bifreiða

Samsett efni hafa verið mikið notuð í ýmsum burðarhlutum bíla, allt frá ljósahúsum til rafmagns- og einangrunarhluta undir vélarhlífinni, til ytra byrðis bílahlutanna, innréttinga og klæðningarhluta. Algeng notkun samsettra efna í bílahlutum er talin upp hér að neðan:

Hlífðargler og spoilerar

inntaksgreining

Rafhlöðuhulstur og lok

Stuðarar og stuðarabjálkar

Hlífar á strokkahausum (t.d. ventlum, vippaörmum, kambásum)

Glugga-/sóllúgurammi

Opnunarplata fyrir framgrill

hús framljóssins

Hitaskjöldur (t.d. vél, gírkassa)

Stuðlar og yfirbreiðslur

3

Byggingargeirinn

Byggingargeirinn er að upplifa mikinn vöxt í skilningi og notkun samsettra efna. Samsett efni veita arkitektum og hönnuðum mikla afköst og verðmæti í stórum verkefnum og notkun þeirra í atvinnuhúsnæðis- og íbúðarhúsnæðisbyggingum er að aukast.

Í nýlegri grein byggir Palari Group sjálfbæra þrívíddarprentaða samfélög og heimili. Mighty Buildings er byggingartæknifyrirtæki sem notar þrívíddarprentun, vélmenni og sjálfvirkni til að skapa hagkvæm og sjálfbær heimili. Megineining hússins er Mighty Panel, þrívíddarprentuð 100% fjölliða samsett plata með burðarvirki, einangrun, samþættingu við raf- og kælikerfi (MEP), loft-/raka-/brunaskilyrði og innri/utan frágangi. Mighty Buildings prentar einstakar plötur í verksmiðju sinni og setur þær síðan saman í hús á byggingarsvæðinu.

Í byggingariðnaði gegna sterkir eiginleikar koltrefja jákvæðu hlutverki. Koltrefjar eru afar sterkar, mjúkar og auðveldar í uppsetningu og hægt er að nota þær til að gera við og styrkja byggingar til að láta þær líta út eins og nýjar byggingar. Koltrefjalaminat er mikið notað til að auka burðarþol gólfa og súlna. Að auki er koltrefjar ónæmar fyrir jarðskjálftaskemmdum, þannig að þær geta einnig verið notaðar til að styrkja burðarvirki nýbygginga og í staðinn fyrir forsmíðað stál.

4

Orkugeymslusvæði

Fjölnota orkugeymslusamsetningar (MESC) eru þróaðar með því að fella rafhlöðulög inn í burðarvirkið með samtengdum nítum sem festa rafhlöðulögin, sem hjálpar til við að bæta vélræna eiginleika. Tilraunir sýna að MESC geta haft sambærilega rafefnafræðilega hegðun og önnur efni. Í samanburði við pokafrumur ná MESC 15 sinnum meiri vélrænum stífleika við 60% innhylkingarhagkvæmni.

Önnur dæmigerð notkun samsettra efna í orkugeymslu eru meðal annars:

Vetnistankar fyrir geimferðir

Vetni eldsneytisfrumukerfi

Rafhlaða úr náttúrulegu samsettu efni

5

innviðasvið

Strangt til tekið er enginn strangur greinarmunur á innviðum og byggingum. Á undanförnum árum, með tilkomu nýrra, ódýrra og afkastamikilla burðarvirkjasamsettra efna, hefur innviðagerð stigið á nýtt stig. Trefjastyrkt plast (FRP) getur ekki aðeins komið í stað stáls í mörgum burðarvirkjum, heldur hefur það einnig reynst mögulegt að styrkja steypubjálka með trefjastyrktum plasti (FRP) sem er límt innvortis eða útvortis.

Samsett efni úr gleri, aramíði eða kolefnisþráðum eru sífellt meira skoðuð til forspennu, eftirspennu eða styrkingar á steypu. Til að koma í stað tærðra járnarstenga má að lokum nota FRP-kerfi í brúarþilförum úr steypu eða öðrum gólfum úr steypu utandyra.

Tæringarþol er einn helsti þátturinn sem gerir koltrefja svo aðlaðandi í innviðageiranum. Koltrefjar tærast ekki og ryðga ekki, þannig að hægt er að þynna steypulagið úr koltrefjum mikið, því það er ekki þörf á að huga að tæringarvörn eins og stálkjarnanum, sem dregur verulega úr magni steypu sem notað er í byggingunni, og hefur einnig aðra kosti, svo sem að draga úr kostnaði og flýta fyrir byggingarframvindu, stytta þurrkunartíma o.s.frv. Þar að auki, vegna góðrar rafleiðni, er hægt að nota koltrefja til að verja rafsegultruflanir, geta sent upplýsingar um byggingarbreytur og orðið óaðskiljanlegur hluti af snjallbyggingum.

6

Nýtt orkusvið

Notkun samsettra efna í endurnýjanlegri orku mun gegna sífellt mikilvægara hlutverki við að skapa mannvirki sem geta nýtt sjálfbæra orku. Lægri þyngd, lægri flutnings- og uppsetningarkostnaður og síðast en ekki síst lægri viðhaldskostnaður yfir líftíma mannvirkisins samanborið við málmmannvirki hefur gert samsett efni að raunverulegu efni fyrir stór verkefni. Veita hagkvæmar lausnir.

Létt þyngd og flókin lögun vindmyllublaða hefur gert samsett efni að leiðandi efnum á þessu sviði, þar sem notaðar eru mót sem eru hönnuð til að framleiða blöð hagkvæmt með lágmarks vinnuafli. Núverandi rannsóknir og þróun miða að því að mæta aukinni stærð sem krafist er fyrir vindmyllu- og snúningsblöð fyrir kerfi á landi og á hafi úti.

7

hafsvöllur

Í áratugi hafa FRP-samsetningar verið notaðar með góðum árangri í skipum eins og í radómum og massavirkjum, risaskipum, vinnubátum og skemmtibátum. Nýlega hefur FRP verið notað í minna þekktum verkefnum eins og legum, skrúfum, lúgum fyrir atvinnubáta, útblástursrörum og þakvirkjum.

Notkun glerþráða í skipum var eitt af fyrstu mikilvægu sviðum notkunar á glerþráðum (GRP). Hún hefur gjörbylta möguleikanum á að hanna og framleiða stórar samsettar mannvirki á mörgum sviðum. Báturinn er framleiddur í Bretlandi með ýmsum aðferðum, þar á meðal handlagðri GRP, plastefnisblöndun, hitaplasti og hágæða kolefnisþráðaprepreg fyrir keppnisbáta.

Helstu kostir GRP í notkun í sjóflutningum eru:

Umhverfisþol, þar á meðal rotnunarleysi, tæringarþol o.s.frv.

Hæfni til að vinna úr samfelldum, flóknum mannvirkjum

Hæfni til að aðlaga styrk að álagsaðstæðum

Framúrskarandi styrk-til-þyngdareiginleikar - sjávarmannvirki úr GRP eru yfirleitt helmingi léttari en sambærileg stálmannvirki.

lítið viðhald og auðveld viðgerð

framúrskarandi endingu

Árabátar nota samsett efni í meira mæli en aðrar skipasmíðar. Vegna sérstakra krafna eru efnin sem notuð eru ekki dæmigerð skipasmíðaefni. Lágmarksþyngd og hámarks stífleiki voru lykilatriði í hönnun þeirra til að geta siglt á hámarkshraða og staðist áhrif öldu og annarra þátta sjávarumhverfisins.

Koltrefjastyrkt epoxy-samsett efni eru almennt notuð í skrokka, spant, kjöl, mastra, stangir og bómur með hunangsseim eða froðukjarna, spiltromlur og ásar úr kolefni. Notkun FRP hjálpar til við að bæta afköst og lágmarka hættu á siglingagöllum og bilunum við mismunandi alþjóðlegar siglingaaðstæður.

8

Lagnakerfissvið

Samsett pípukerfi hafa verið notuð í efnaverksmiðjum í meira en 25 ár. Notkun samsettra efna í iðnaði varð útbreidd á áttunda áratugnum. Í dag eru samsett pípukerfi og tankar í mikilli sókn í notkun bæði ofanjarðar og neðanjarðar, í atvinnuhúsnæði, sveitarfélögum og íbúðarhúsnæði. Ódýrt jarðgas er að stækka markaðinn enn frekar þar sem nýjar efnaverksmiðjur eru þróaðar og eldri verksmiðjur stækkaðar.

Dæmigert notkunarsvið og vörur úr samsettum pípum eru meðal annars:

loftmengunareftirlit

fiskeldi

efnavinnsla

afsöltun

Jarðolía og jarðgas

Vatn og skólphreinsun

leiðsla

Tengihlutir og fóður

Leiðslukerfi

Fóður eldsneytistanks

olíugeymslutankur

Vinnsluílát

Scrubber

loki

9

Íþrótta- og afþreyingarsvið

Koltrefjar hafa alltaf verið áberandi í íþróttavöruframleiðslu, allt frá kappakstri til skíðaiðkunar, golfs, veiða og tennis, koltrefjar hafa verið mikið notaðar. Með vaxandi vinsældum og lækkandi verði koltrefja hefur það verið notað meira í íþróttavörum.

Koltrefjar eru nú notaðar í marga spaða, snjóbretti, sleða, íshokkíkylfur, veiðistangir, golfkylfur, reiðhjól, brimbretti, flugdreka, skó og aðrar íþróttavörur.

Kolefnisþráður í íþróttum og afþreyingu

Sem stendur eru 7 af 10 vinsælustu útivistaríþróttum og afþreyingu með samsettum efnum. Trefjaplast- og kolefnisstyrkt samsett efni halda áfram að koma í staðinn fyrir tré og málm í veiðistöngum, tennisspaða, spörum/skafti fyrir kajakáfar, vindbrettamöstrum og -brettum, íshokkíkylfum, flugdrekum og reiðhjólastýrum.

10

samgöngur

Það er stefna í flutningageiranum að nota stærri farartæki. Hvort sem um er að ræða rútu, lest eða sendibíl, þá er hugmyndin einföld: að flytja meiri farm. Áskorunin er að finna leiðir til að flytja stærri farm á öruggan hátt, spara eldsneyti og draga úr umhverfisáhrifum. Samsett efni bjóða upp á glæsilega lausn á þessari áskorun.