Композитные материалы на основе полиэфирэфиркетона (ПИК), благодаря своим комплексным преимуществам, таким как малый вес, высокая прочность, коррозионная стойкость и самосмазывание, широко используются для замены традиционных металлических материалов во многих высокодоходных областях в рамках тенденции замены стали пластиком. Ниже описаны основные сценарии их применения:
I. Аэрокосмическая отрасль
Значение приложения: Чрезвычайно малый вес позволяет повысить топливную экономичность и грузоподъемность, а также выдерживать экстремальные температуры, вибрацию и химическую коррозию.
Замененные компоненты/сценарии: Замена алюминиевых сплавов на обтекатели, передние кромки крыльев, крышки ступиц колес, кронштейны, трубные хомуты, опоры дверей и т. д. позволяет снизить вес на 20–40% (например, Боинг 787, Эйрбус A350).
Компоненты двигателя: рабочие колеса, уплотнительные кольца, прокладки, зажимы жгутов проводов, гайки и т. д., обладающие высокой термостойкостью и снижающие вес.
Внутренние детали: каркасы сидений, боковые панели и т. д., соответствующие требованиям огнестойкости и безопасности.
Ракеты и спутники: лотки для батарей, крепежные элементы и другие конструктивные детали, отвечающие суровым условиям космической среды.
II. Транспортные средства на новых источниках энергии
Значение приложения:Достижение снижения веса для увеличения запаса хода электромобиля, соответствие требованиям надежности и изоляции в условиях высоковольтной быстрой зарядки и высоких температур.
Замененные компоненты/сценарии:
Силовая установка: крышки двигателя, подшипники, уплотнения, лопатки турбокомпрессора, лопатки вакуумного насоса (традиционные автомобили); подшипники двигателя, высоковольтный провод 800 В для электромобилей (автомобили на новых источниках энергии).
Трансмиссия и тормозная система: зубчатые кольца сцепления, шестерни, клапаны АБС, уплотнительные кольца.
Аккумуляторная система: Изоляционные материалы аккумуляторного блока (например, применение в аккумуляторах БИД Лезвие Батарея увеличило объемную плотность энергии модуля на 18%), уплотнения.
Прочее: компоненты рулевого управления, втулки, электроприводы сидений, различные стандартные детали.
III. Медицина и здравоохранение
Значение приложения: Отличная биосовместимость, модуль упругости, аналогичный модулю упругости человеческой кости, отсутствие металлических артефактов, возможность индивидуальной настройки.
Замененные компоненты/сценарии:Имплантаты: искусственные суставы (тазобедренный, коленный), имплантаты для фиксации позвоночника, пластины для восстановления черепа, реберные протезы и т. д., быстро заменяющие медицинские металлы, такие как титановые сплавы. Хирургические инструменты: выдерживают более 3000 циклов стерилизации паром под высоким давлением при температуре 134 °C и используются для производства высококачественных многоразовых инструментов.
IV. Промышленность и энергетика
Значение приложения: Коррозионностойкий, износостойкий, самосмазывающийся, подходит для суровых промышленных условий, предотвращает загрязнение смазочным материалом.
Замененные компоненты/сценарии:
Нефтегазовая отрасль: уплотнительные кольца, клапанные пластины, гильзы, замена ПТФЭ, преодоление его проблем, связанных с быстрым износом и текучестью при высоких температурах и давлении.
Химические насосы и клапаны: клапаны, корпуса насосов, подшипники, уплотнения, устойчивые к химической коррозии.
Ветровая и солнечная энергетика: подшипники ветротурбин, кассеты для фотоэлектрических панелей и т. д., продлевающие срок службы в суровых условиях.
V. Электроника, информационные технологии и производство полупроводников
Значение приложения:Высокая чистота, термостойкость, низкое газовыделение, стабильность размеров, обеспечивающие высокую точность процесса.
Замененные компоненты/сценарии:
В полупроводниковой промышленности: стопорные кольца для химико-механической полировки (CMP), держатели пластин, зажимные устройства, кольца для селективного гальванического покрытия и т. д. выдерживают высокую температуру 260°C и плазменную коррозию, обеспечивая более длительный срок службы.
Бытовая электроника: встроенные антенны для мобильных телефонов (заменяющие ЛКП/ПИ), виброгасящие диафрагмы динамиков, разъемы и т. д., использующие низкое влагопоглощение и стабильные электрические характеристики.
VI. Новые направления исследований:
Робототехника и экономика полетов на малых высотах
Значение приложения:Легкие, высокопрочные, малошумные материалы, являющиеся ключевыми для повышения эффективности движений и выносливости.
Замененные компоненты/сценарии:
Гуманоидные роботы: шарнирные каркасы, шестерни, подшипники, гибкие шлицы редукторов/жесткие колеса и другие компоненты трансмиссии (например, в конструкции Тесла Оптимус вес уменьшен на 10 кг).
Беспилотники/электромоторы вертикального взлета и посадки: пропеллеры/лопасти, элементы конструкции фюзеляжа, манипуляторы и т. д. — композиты из углеродного волокна ПИК обеспечивают максимальное снижение веса и высокую прочность.
Краткое содержание
Основная идея замены металлов композитами на основе ПИК заключается в достижении или даже превышении требований к эксплуатационным характеристикам при одновременном значительном снижении веса, коррозионной стойкости и функциональной интеграции. Области их применения быстро расширяются от высокотехнологичных областей, таких как аэрокосмическая и медицинская промышленность, до стратегически важных развивающихся отраслей, таких как электромобили, полупроводники и робототехника, демонстрируя огромный рыночный потенциал. Композиты на основе ПИК, армированные углеродным волокном, также достигают прорывов в удельной прочности, жесткости и усталостной стойкости, становясь идеальным выбором для замены высокотехнологичных металлов (например, титановых сплавов).
