Секреты «легкой работы» современной промышленности

Как говорится: «Мир боевых искусств бывает только быстрым и непобедимым». незаменимая часть.

После того, как герой авторского пера обзавелся Цингуном, его тело стало легким, как у ласточки, и ему не составляет труда перелететь через карниз и пройтись по горам и по морю. И часто уровень легкого гонга может просто отражать глубину его гонга.

Возвращаясь к реальному миру, который делает упор на логику и науку, во многих случаях для того, чтобы следовать быстрее и сильнее, «Цингун» является не только обязательным курсом, но и чем легче вы его выполняете, тем более глубокими будут ваши достижения.

В течение долгого времени аэрокосмическая промышленность была основной областью, ведущей и стимулирующей разработку новых материалов и новых процессов. Создание легких высокоэффективных материалов также является движущей силой ученых для разработки новых материалов. Секреты того, как заставить людей бегать быстрее, заставить спортивные автомобили быстрее достигать экстремальных скоростей и сделать самолеты более долговечными, естественным образом неотделимы от легких и высокопрочных материалов.

С постоянными инновациями людей в области легких и высокопрочных материалов легкие и высокопрочные материалы также начали переходить из аэрокосмической области в гражданскую область, а сопутствующие товары вошли в дома обычных людей. Далее давайте рассмотрим три относительно распространенных легких высокоэнергетических материала.

Углеродное волокно: синоним легкости и высокой производительности

Я полагаю, что многие люди знают, что именно Эдисон зажег первый практический электрический свет для человечества. Но мало известно, что нити в самых ранних лампах накаливания были сделаны из карбонизированных бамбуковых нитей, которые считаются самыми ранними материалами из «углеродного волокна».

После нескольких усовершенствований Эдисон в 1880 году изготовил лампу накаливания из карбонизированного бамбука, которая проработала 1200 часов. Карбидные нити не были заменены вольфрамовыми нитями до начала 20 века.

Поскольку карбонизированная бамбуковая нить больше не является идеальным материалом для изготовления нитей, а ее механические свойства низки и трудно применимы в индустриализации того времени, этот самый ранний материал из углеродного волокна остался в стороне.

Как говорится, «я родился с материалами, которые должны быть полезными».

В контексте эпохи «космической гонки» в 1950-х годах ученым срочно понадобился новый тип материала с высокой удельной прочностью, высоким удельным модулем и устойчивостью к высоким температурам для создания космических аппаратов.

На каждый килограмм веса космического корабля можно уменьшить нагрузку ракеты-носителя на 500 килограммов, а увеличение — это показатель успешности космической миссии.

В результате база ВВС Райт-Паттерсон в США успешно произвела пробный материал из углеродного волокна с использованием вискозного волокна в качестве сырья и использовала его в качестве абляционного материала для ракетных сопел и носовых обтекателей. Углеродное волокно оправдало ожидания и добилось хороших результатов, которые могут не только соответствовать высокой прочности и стойкости к высокотемпературной абляции, но и достигать целей легкого космического корабля.

После многих лет разработки и итерации более 90% композитных материалов из углеродного волокна на рынке в основном представляют собой углеродные волокна на основе ПАН.

В его методе производства в качестве сырья в основном используются углеродсодержащие органические волокна (такие как нейлоновая пряжа, акриловая пряжа, вискоза и т. Д.), А органические волокна сочетаются с пластиковыми смолами для карбонизации, в результате чего получаются композитные материалы из углеродного волокна. Однако производственный процесс предъявляет высокие требования к сырью, процессам и потреблению энергии, что также является причиной того, что стоимость производства материалов из углеродного волокна остается высокой.

Композитный материал из углеродного волокна обладает двумя характеристиками высокой прочности на растяжение и мягкого волокна и может быть обработан.Как новый материал с превосходными механическими свойствами, он является важным стратегическим материалом для аэрокосмической и военной промышленности.

Крылья истребителя пятого поколения J-20 моей страны изготовлены из композитных материалов на основе углеродного волокна на основе смолы. Диаметр углеродного волокна составляет всего 5 микрон, что эквивалентно от десяти до одной двенадцатой части волоса, но прочность в алюминиевом сплаве в 4 раза больше. Используя его для изготовления крыльев, вы можете легко получить снижение веса более чем на 30% в обмен на более высокую маневренность и более длительный срок службы батареи.

В 12:13 7 декабря 2021 года ракета-носитель Церера-1 (Яо-2) была успешно запущена с космодрома Цзюцюань, успешно выведя пять коммерческих спутников на солнечно-синхронную орбиту высотой 500 км. Его уникальная черная внешняя оболочка была модернизирована с металлических материалов на композитные материалы из углеродного волокна, полная стрела ракеты уменьшена на 1310 кг, а грузоподъемность спутника увеличена в 100 раз.

По мере развития технологии материалы из углеродного волокна также начали появляться в продуктах потребительского класса.

В 2013 году BMW запустила в серийное производство полностью электрическую модель i3, салон которой был изготовлен из сверхлегкого и высокопрочного углепластикового композитного материала, это была первая серийная модель с кузовом из углеродного волокна.

По сравнению с другими широко используемыми металлическими материалами, прочность материала из углеродного волокна, разработанного BMW, в 10 раз выше, чем у обычных стальных материалов. Структура интегрированной кабины из углеродного волокна не только делает кабину экипажа i3 более жесткой, но и легко позволяет i3 получить дизайн двери.

С другой стороны, вес углеродного волокна углепластика составляет половину веса стали того же объема.Легкий вес кузова может хорошо компенсировать вес аккумулятора и мотора, встроенных в шасси.Уменьшение веса автомобиля также означает увеличение срока службы аккумуляторной батареи всего автомобиля.

Хотя редко весь кузов в белом цвете сделан из композитных материалов из углеродного волокна, таких как BMW i3, но, полагаясь на легкие характеристики, материалы из углеродного волокна часто появляются на автомобилях с высокими характеристиками и суперспортивными автомобилями, уменьшая вес. автомобиль.Можно оптимизировать воздуховод. Со временем углеродное волокно постепенно стало синонимом легкости и высокой производительности.

Стоит отметить, что из-за сложности процесса и высокой стоимости использование материалов из настоящего углеродного волокна является дорогостоящим продуктом с очень высоким позиционированием. В повседневной жизни есть много предметов, хотя это выглядит как классический узор плетения из углеродного волокна, это может быть просто наклейка с рисунком из углеродного волокна.

Арамидное волокно: так называемое «универсальное» волокно.

По сравнению с углеродным волокном, легкий материал, более распространенный в нашей повседневной жизни, на самом деле является арамидным волокном. Просто внешний вид плетения арамидного волокна очень похож на плетение текстуры углеродного волокна, поэтому люди часто их путают.

Арамидное волокно входит в тройку основных мировых высокотехнологичных волокон (углеродное волокно, арамидное волокно, высокопрочное и высокомодульное полиэтиленовое волокно), его прочность в 5-6 раз выше, чем у высококачественной стали, модуль 2-3 раз больше, чем у стали или стекловолокна, а его ударная вязкость в 2 раза больше веса стали, но только в 1/5 веса стали. Он обладает превосходными свойствами, такими как высокая прочность, хорошая ударная вязкость, малый вес, стойкость к высоким и низким температурам, коррозионная стойкость, износостойкость и т. д., поэтому его также называют «универсальным волокном».

Одно из самых известных арамидных волокон, арамид 1414 под названием «кевлар», было изобретено польско-американской женщиной-химиком Стефани Кволек во время работы в DuPont.

Ее команда хотела создать новое легкое и прочное волокно для шин, но в процессе случайно синтезировала уникальный молочный раствор легкой текстуры. Это решение позволяет волокнам получить сверхвысокую прочность и жесткость, что привело к рождению изделий из кевларового волокна.

Арамидные волокна вскоре стали использоваться в аэрокосмической области. Скафандр «Аполлона» для высадки на Луну состоит из 21 слоя ткани, а в ограничительном слое скафандра используется продукт DuPont из арамидного волокна «кевлар-кевлар», обеспечивающий скафандру высокую прочность и гибкость.

Арамидное волокно, обладающее износостойкостью, коррозионной стойкостью и огнестойкостью, постепенно стало одним из основных материалов для производства таких продуктов, как пуленепробиваемые жилеты, аэрокосмические самолеты, электромеханические, строительные, высококачественные автомобили и спортивные товары.

Как представитель нового материала «высокой точности», арамидное волокно рассматривается миром как важная веха в развитии материаловедения и всегда считалось очень важным материалом для национальной обороны и военного дела. За десятилетия, прошедшие с момента его появления, арамидное волокно прошло путь от военно-стратегических материалов до гражданских материалов. В условиях постоянного снижения производственных затрат арамидные волокна часто используются в производстве бытовой электроники.

Например, наши широко используемые смартфоны являются важным применением арамидных волокон.

В погоне за лучшими ощущениями производители мобильных телефонов никогда не прекращали исследовать материалы и структурные процессы. Так на протяжении многих лет в мобильных телефонах использовались поликарбонат, стекло, металл, дерево, нейлон и другие материалы.

Но лично я никогда не забуду тонкий слой материала из арамидного волокна на задней панели Motorola RAZR (XT910).

Слой арамидного волокна толщиной всего 0,3 мм не только обеспечивает ультратонкий и прочный корпус RAZR толщиной 7,1 мм, но и обеспечивает уникальное и износостойкое превосходное касание.

К сожалению, ограниченное такими факторами, как стоимость, технология и сигнал, все меньше и меньше серийно выпускаемых моделей, в которых непосредственно используется арамидное волокно в качестве основного материала на задней панели телефона.

Но, к счастью, если вы этого не забудете, отголоски будут. PITAKA, новый потребительский бренд в области жестких технологий со штаб-квартирой в Шэньчжэне, Китай, который многие производители тонеров называют «кевларовым потолком», начал использовать арамидные волокна для изготовления чехлов для телефонов в 2015 году, а затем постепенно начал использовать материалы из арамидных волокон. чехлы, чехлы для телефонов Galaxy, чехлы для часов Apple, док-станции для зарядки, блоки питания и многое другое. Представляется, что это целый набор экологических продуктов, изготовленных из арамидного волокна в качестве основного материала.

Что редкость, так это то, что, расширяя применение материалов из арамидного волокна, PITAKA также постоянно исследует технологию новых материалов, предлагая пользователям более персонализированный выбор.

В эпоху серии iPhone 13 в 2021 году PITAKA создала свой фирменный «плавающий процесс» из арамидного волокна. Цвет и текстура традиционного плетения из арамидного волокна относительно одинарны, обычно на одной и той же ткани есть только один цвет или текстура, например, наиболее распространенная черная и серая саржа.

PITAKA впервые объединила традиционную китайскую технологию ткачества и высокотехнологичные материалы из арамидного волокна.Путем регулирования порядка чередования радиального и уточных плетений из арамидных волокон разных основных цветов можно плести два или более различных метода плетения в одном и том же плетении. Ткань машины представлена ​​на одном и том же куске ткани из арамидного волокна, чтобы получить эффект двух или более разных рисунков плетения, трехмерного расположения и многоцветности на одной стороне ткани.

На практике защитная оболочка процесса тисненого плетения реализует тисненый цветной рисунок на черно-серой поверхности оболочки, что не только обеспечивает улучшение зрения, но и благодаря прикосновению к мякоти пальца пользователь может даже почувствовать легкие подъемы и спады волокна., уникальное вогнутое и выпуклое ощущение. Это также тонкое и трехмерное ощущение, которое трудно имитировать с помощью обычных печатных рисунков.

В дополнение к инновациям в технике ткачества, PITAKA также представила арамидные волокна 600D, которые все дороже и тоньше и тоньше. По сравнению с предыдущим стилем 1500D более тонкое и тонкое арамидное волокно 600D имеет более высокую стоимость сырья и сложность обработки, а в обмен на более тонкий и тонкий пользовательский интерфейс. Ультратонкая толщина всего 0,95 мм и легкий вес 17,3 г. Проще говоря, оболочка также легкая и на ощупь более нежная.

Как полимерный материал, арамидное волокно обладает собственной высокой прочностью и малым весом, что может не только защитить мобильный телефон от царапин, но и не будет значительно увеличивать толщину и вес мобильного телефона и блокировать сигналы. С этой точки зрения арамидное волокно действительно является идеальным материалом для изготовления тонких и легких чехлов для телефонов. Понятно, что, как ведущий бренд в отрасли, PITAKA осуществила переработку и повторное использование материалов путем разработки новых экологически чистых смол, открывая более широкие перспективы для устойчивого применения этого материала.

Титановый сплав: ультра-ультра-выбор Apple

Открытие титана началось в 1791 году, и он был назван в честь титанов в греческой мифологии. Слово «титан» теперь означает не только «титан», но также часто используется как прилагательное, означающее «неразрушимый», а также было расширено до референтного значения более высокого уровня.

Например, Ford будет использовать Titanium в качестве идентификатора топовой модели, а Nvidia всегда использовала Ti в качестве суффикса для высокопроизводительных моделей видеокарт.

В 1948 году компания DuPont в США использовала магниевый метод для производства тонн губчатого титана — это положило начало промышленному производству губчатого титана, то есть титана.

Титан — легкий и твердый металл, благодаря высокой удельной прочности, хорошей коррозионной стойкости и высокой термостойкости широко применяется в атомной промышленности, химической и нефтехимической, аэрокосмической, спортивной, стоматологии и медицине, ремонте и т. д. Материалы из титанового сплава также были выбраны как лучший материал для замены или восстановления поврежденных твердых тканей (структурные биомедицинские применения).

По сравнению с двумя композитными материалами из углеродного волокна и арамидного волокна титановый сплав является основным металлическим материалом для изготовления космических кораблей, поэтому астронавты часто называют его «космическим металлом».

Благодаря своим многочисленным преимуществам титан также стал отдавать предпочтение традиционным производителям часов, потому что титан может значительно уменьшить вес корпуса, при этом обеспечивая внешний вид текстуры и не легко носить.

У Apple также есть слабость к титану: до того, как Apple Watch представили титан, физическая карта бизнеса кредитных карт Apple Card, запущенного Apple в 2019 году, была титановой картой.

В 2020 году Apple подготовила версию титанового корпуса Edition для Apple Watch Series 6. Этот материал и высококачественная версия, естественно, унаследованы преемником, серией Apple Watch Series 7.

В дополнение к вышеупомянутой более высокой твердости, меньшему весу и большей коррозионной стойкости Apple больше всего отдает предпочтение титану благодаря его лучшей биосовместимости.

Команда Apple Apple Watch поделилась с Ай Фанер небольшой историей разработки:

Во время пробного производства Apple Watch из нержавеющей стали Apple раздавала эти продукты некоторым сотрудникам для примерки. Но Apple вскоре обнаружила, что у значительного числа сотрудников после их примерки развилась аллергия. После исследования Apple обнаружила, что это на самом деле было вызвано никелевым элементом в нержавеющей стали. Тогда Apple пришлось подкорректировать пропорции металлических элементов в корпусе из нержавеющей стали.

Хотя после повторной настройки вероятность аллергии очень мала, но все же есть некоторые пользователи с более чувствительной кожей, которые будут «поражены».

Титановый корпус с лучшей биосовместимостью более приятен для кожи пользователя и не вызывает чувствительности.

А в этом году Apple не только обновила Apple Watch Series 8, но и подготовила Apple Watch Ultra профессионального уровня для любителей экстрима на открытом воздухе. Часы Ultra, которые также оснащены титановым корпусом, естественным образом приобретают характеристики устойчивости к падению и конструкции.

По словам коллеги, который использовал Apple Watch Ultra в течение четырех дней и трех ночей в походах на ничейной территории, хотя он случайно упал на грязной дороге в первый день похода, что активировало датчик падения часов, часы Края кузова также были покрыты слоем грязи. После короткого ополаскивания в воде в отверстиях с обеих сторон часов не осталось грязи, от экрана до стороны часы по-прежнему выглядели совершенно новыми и безупречными.

С другой стороны, также недавно сообщалось, что Apple будет использовать титановые сплавы в качестве металлических рамок в серии iPhone 15. Использование титана может сделать iPhone легче, а также повысить его долговечность и устойчивость к царапинам по сравнению с нержавеющей сталью, используемой в текущих моделях Pro.

Теперь, когда у Apple Watch Ultra титановый корпус. Согласно стратегии позиционирования продукта Apple и этому слуху, корпус из титанового сплава также может стать преимуществом серии «Ультра».

Быстрое развитие науки и техники способствовало постоянным инновациям в области материалов, а новые материалы и технологические процессы часто приносят инновации и прорывы.

В истории развития материаловедения более 100 лет каждое поколение опирается на знания предшественников, а затем углубляет исследования и применения. Поскольку понимание человечеством материаловедения продолжает углубляться, потенциал приложений для улучшения человеческой жизни практически безграничен.

Можно предвидеть, что существующие легкие и высокопрочные материалы будут продолжать развиваться, и по мере развития технологии эти легкие и высокопрочные материалы также будут охватывать все больше и больше потребительских товаров и войдут в тысячи домашних хозяйств.

#Добро пожаловать на официальную учетную запись Айфанер в WeChat: Айфанер (WeChat: ifanr), в ближайшее время вам будет представлен более интересный контент.

Love Faner | Исходная ссылка · Просмотреть комментарии · Sina Weibo