Die „Lichtarbeit“-Cheats der modernen Industrie

Wie das Sprichwort sagt: "Das einzige, was auf der Welt nicht gebrochen werden kann, ist schnell", in den von Jin Yong vertretenen Kampfkunstromanen, wenn Sie ein Held werden wollen, müssen Sie Leichtigkeit Kung Fu als unverzichtbaren Bestandteil üben wenn Sie auf dem Weg sind, schneller und stärker zu verfolgen.

Nachdem der Held im Schreiben des Autors Leichtigkeit Kung Fu hat, ist er so leicht wie eine Schwalbe, und es ist einfach, über Traufen und Mauern, Berge hinauf und Meere hinunter zu fliegen. Und oft kann der Grad an Leichtigkeit im Kung-Fu nur die Tiefe des eigenen Kung-Fu widerspiegeln.

Zurück in die reale Welt, die Logik und Wissenschaft betont, in vielen Fällen, um schneller und stärker zu verfolgen, „Lichtarbeit“ ist nicht nur ein Pflichtkurs, sondern je leichter sie ist, desto tiefer kann das Erreichte reflektiert werden .

Die Luft- und Raumfahrt stellt seit langem das wichtigste Feld für die Entwicklung neuer Materialien und neuer Prozesse dar. Die Realisierung leichter Hochleistungsmaterialien ist auch die treibende Kraft für Wissenschaftler, neue Materialien zu entwickeln. Der Trick, Menschen schneller laufen zu lassen, Sportwagen schneller auf Höchstgeschwindigkeit zu bringen und Flugzeuge immer langlebiger zu machen, ist natürlich untrennbar mit leichten und hochfesten Materialien verbunden.

Mit der kontinuierlichen Innovation der Menschen auf dem Gebiet der leichten und hochfesten Materialien haben auch leichte und hochfeste Materialien begonnen, aus dem Bereich der Luft- und Raumfahrt in den zivilen Bereich überzugehen, und verwandte Produkte sind in die Haushalte der einfachen Menschen eingedrungen. Als nächstes werfen wir einen Blick auf drei relativ gängige leichte Hochenergiematerialien.

Kohlefaser: Synonym für Leichtbau und hohe Leistung

Ich glaube, viele Menschen wissen, dass es Edison war, der das erste praktische elektrische Licht für die Menschheit entzündete. Was jedoch nur wenige wissen, ist, dass der Glühfaden in den frühesten Glühlampen aus karbonisiertem Bambusdraht bestand, der als das früheste „Kohlenstofffaser“ -Material gilt.

Nach vielen Verbesserungen produzierte Edison 1880 eine verkohlte Bambusfadenlampe, die 1.200 Stunden halten konnte. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurden karbonisierte Filamente durch Wolframfilamente ersetzt.

Da karbonisiertes Bambusfilament kein ideales Material für die Herstellung von Filamenten mehr war, seine mechanischen Eigenschaften sehr gering waren und es zu dieser Zeit schwierig war, es für die Industrialisierung anzuwenden, wurde dieses früheste Kohlefasermaterial im Kalten gelassen und beiseite gelegt.

Wie das Sprichwort sagt: „Ich werde mit einem Material geboren, das nützlich sein wird.“ Kohlefaser, die viele Jahre lang vernachlässigt wurde, wurde schließlich von den Menschen für ihren Wert erkannt und zuerst von Luft- und Raumfahrtwissenschaftlern bevorzugt.

Im Rahmen der „Space Race“-Ära in den 1950er Jahren benötigten Wissenschaftler dringend ein neuartiges Material mit hoher spezifischer Festigkeit, hohem spezifischem Modul und hoher Temperaturbeständigkeit für den Bau von Luft- und Raumfahrtfahrzeugen.

Jedes 1 kg weniger Gewicht des Raumfahrzeugs kann die Ladung der Trägerrakete um 500 kg verringern, was die Erfolgsrate der Weltraummission erhöht.

Als Ergebnis produzierte die Wright-Patterson Air Force Base in den Vereinigten Staaten erfolgreich ein Kohlefaser-Verbundmaterial unter Verwendung von Viskosefasern als Rohmaterial und verwendete es als Ablationsmaterial für Raketendüsen und Nasenkegel. Kohlefaser erfüllte die Erwartungen und erzielte sehr gute Ergebnisse.Sie kann nicht nur die hohe Festigkeit der Hochtemperatur-Ablationsbeständigkeit erfüllen, sondern auch den Zweck erfüllen, das Raumfahrzeug leichter zu machen.

Nach Jahren der Entwicklung und Iteration werden heute mehr als 90 % der Kohlefaserverbundwerkstoffe auf dem Markt von PAN-basierten Kohlefasern dominiert.

Das Herstellungsverfahren besteht hauptsächlich darin, kohlenstoffhaltige organische Fasern (wie Nylonfilamente, Acrylfilamente, Rayon usw.) als Rohstoffe zu verwenden und organische Fasern mit Kunststoffharzen zu kombinieren, um sie zu karbonisieren, um Kohlenstofffaserverbundmaterialien zu erhalten. Im Produktionsprozess bestehen jedoch hohe Anforderungen an Rohstoffe, Prozesse und Energieverbrauch, weshalb auch die Produktionskosten von Carbonfaserwerkstoffen hoch bleiben.

Kohlefaserverbundwerkstoffe haben zwei Eigenschaften: starke Zugfestigkeit und weiche und verarbeitbare Fasern.Als neues Material mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften ist es ein wichtiges strategisches Material für die Luft- und Raumfahrt- und Militärindustrie.

Die Flügel des J-20-Kampfflugzeugs der fünften Generation meines Landes bestehen aus Kohlefaser-Verbundwerkstoffen auf Harzbasis.Der Durchmesser der Kohlefaser beträgt nur 5 Mikrometer, was einem Zehntel bis einem Zwölftel eines Haares entspricht, aber es ist Die Festigkeit ist 4-mal höher als die der Aluminiumlegierung, mehr als doppelt so hoch. Durch die Herstellung von Flügeln kann leicht eine Gewichtsreduzierung von mehr als 30 % erreicht werden, im Austausch für eine höhere Manövrierfähigkeit und eine längere Batterielebensdauer.

Am 7. Dezember 2021 um 12:13 Uhr wurde die Trägerrakete Ceres-1 (Yao-2) erfolgreich vom Jiuquan Satellite Launch Center gestartet und schickte fünf kommerzielle Satelliten erfolgreich in eine sonnensynchrone Umlaufbahn von 500 km. Seine einzigartige schwarze Hülle wurde von Metallmaterial auf Kohlefaser-Verbundmaterial aufgewertet, der gesamte Pfeil der Rakete wurde um 1310 kg reduziert und die Tragfähigkeit des Satelliten wurde um das 100-fache erhöht.

Mit zunehmender Reife der Technologie tauchen auch Kohlefasermaterialien in Verbraucherprodukten auf.

2013 produzierte BMW das rein elektrische Modell i3 in Serie, dessen Fahrgastzelle komplett aus ultraleichtem und hochfestem CFK-Kohlefaser-Verbundwerkstoff besteht – es ist das erste Serienmodell mit Kohlefaser-Karosserie.

Im Vergleich zu anderen gängigen Metallwerkstoffen ist die Festigkeit des von BMW entwickelten CFK-Kohlefaserwerkstoffs 10-mal höher als bei gängigen Stahlwerkstoffen. Die Struktur der integrierten Kohlefaserkabine macht den i3-Fahrgastraum steifer und ermöglicht es dem i3 gleichzeitig, das Design der nebeneinander angeordneten Türen problemlos zu erhalten.

Andererseits ist das Gewicht von CFK-Kohlefasermaterial halb so schwer wie Stahl bei gleichem Volumen.Das geringe Gewicht der Karosserie gleicht das Gewicht der im Chassis verbauten Batterie und des Motors gut aus.Das Gewicht des Fahrzeugs wird reduziert bedeutet auch, die Batterielebensdauer des Fahrzeugs zu verbessern.

Obwohl die gesamte Rohkarosserie des BMW i3 aus Kohlefaser-Verbundwerkstoffen besteht, kommt es selten vor, aber aufgrund von Leichtbaueigenschaften kommen bei Performance-Autos und Supersportwagen immer noch häufig Kohlefasermaterialien zum Einsatz, die die Luftführung optimieren können. Im Laufe der Zeit wurde Kohlefaser allmählich zum Synonym für geringes Gewicht und hohe Leistung.

Erwähnenswert ist, dass die Verwendung von echten Kohlefasermaterialien aufgrund des komplexen Prozesses und der hohen Kosten ein teures Produkt mit einer hohen Positionierung ist. Im täglichen Leben sieht die Oberfläche vieler Gegenstände zwar wie ein klassisches Webmuster mit Kohlefaser aus, es kann sich jedoch nur um einen Aufkleber mit Kohlefasermuster handeln.

Aramidfaser: sogenannte „Allround“-Faser

Im Vergleich zu Kohlefaser ist Aramidfaser ein leichtes Material, das in unserem täglichen Leben häufiger vorkommt. Es ist nur so, dass das Webbild von Aramidfasern der Webstruktur von Kohlenstofffasern sehr ähnlich ist, sodass die Leute sie oft verwechseln.

Aramidfaser gehört zu den drei wichtigsten Hightech-Fasern der Welt (Kohlefaser, Aramidfaser, hochfeste Polyethylenfaser mit hohem Modul), ihre Festigkeit ist 5-6 mal höher als die von hochwertigem Stahl, ihr Modul ist 2-3 mal die von Stahl oder Glasfaser, und seine Zähigkeit ist doppelt so hoch wie die von Stahl, aber nur 1/5 des Gewichts von Stahl. Es hat hervorragende Eigenschaften wie hohe Festigkeit, gute Zähigkeit, geringes Gewicht, hohe Temperaturbeständigkeit, niedrige Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit usw., weshalb es auch als "Allround-Faser" bezeichnet wird.

Als bekannteste Art von Aramidfaser wurde Aramid 1414 namens "Kevlar" von der polnisch-amerikanischen Chemikerin Stephanie Kwolek (Stephanie Kwolek) während ihrer Arbeit bei DuPont erfunden.

Ihr Team wollte eine neue leichte, starke Faser für Reifen entwickeln, synthetisierte dabei jedoch versehentlich eine einzigartige, leichte, milchige Lösung. Diese Lösung kann der Faser eine ultrahohe Festigkeit und Steifheit verleihen, was zur Geburt von Kevlar-Faserprodukten führte.

Aramidfasern wurden bald in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. ​Apollos Raumanzug für die Mondlandung besteht aus insgesamt 21 Gewebeschichten.DuPonts Aramidfaserprodukt Kevlar Kevlar wird in der restriktiven Schicht des Raumanzugs verwendet, was dem Raumanzug eine hohe Festigkeit und Flexibilität verleiht.

Aramidfasern mit Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Flammschutz sind nach und nach zu einem der Hauptmaterialien für Produkte wie kugelsichere Westen, Luft- und Raumfahrtflugzeuge, Elektromechanik, Bauwesen, High-End-Automobile und Sportartikel geworden.

Als Vertreter der neuen "Hightech"-Materialien wird die Aramidfaser weltweit als wichtiger Meilenstein in der Entwicklung der Materialwissenschaft angesehen und gilt seit jeher als sehr wichtiges nationales Verteidigungs- und Militärmaterial. In den letzten Jahrzehnten seit ihrer Einführung hat die Aramidfaser den Prozess des Übergangs von militärstrategischen Materialien zu zivilen Materialien durchlaufen. Mit dem kontinuierlichen Rückgang der Herstellungskosten werden Aramidfasern häufig in der Unterhaltungselektronikindustrie als aktiv angesehen.

Beispielsweise sind unsere häufig verwendeten Smartphones ein wichtiges Anwendungsprodukt von Aramidfasern.

Um ein besseres Gefühl zu erzielen, haben Mobiltelefonhersteller nie aufgehört, Materialien und strukturelle Prozesse zu erforschen. So wurden im Laufe der Jahre Polycarbonat, Glas, Metall, Holzstämme, Nylon und andere Materialien in Mobiltelefonen verwendet.

Was ich jedoch nicht vergessen kann, ist die dünne Schicht aus Aramidfasermaterial auf der Rückseite des Motorola RAZR (XT910).

Eine nur 0,3 mm dünne Aramidfaserschicht macht das RAZR 7.1 mm nicht nur ultradünn und robust, sondern bietet auch ein einzigartiges, verschleißfestes, überlegenes Gefühl.

Leider gibt es, begrenzt durch Faktoren wie Kosten, Verarbeitung und Signal, immer weniger massenproduzierte Modelle, die direkt Aramidfasern als Hauptmaterial für die Rückseite des Telefons verwenden.

Aber zum Glück, wenn man es nie vergisst, wird es Echos geben. PITAKA, eine neue Hardtech-Verbrauchermarke mit Hauptsitz in Shenzhen, China, die von unzähligen Tonern als „Kevlar-Decke“ angesehen wird, begann 2015 mit der Verwendung von Aramidfasern zur Herstellung von Handyhüllen und setzte dann Schritt für Schritt Aramidfasermaterial ein Um mehr Produkte wie iPad-Hüllen, Galaxy-Handyhüllen, Apple-Uhrenhüllen, Ladestationen, Powerbanks und mehr herzustellen. Es scheint eine komplette Produktökologie aus Aramidfaser als Hauptmaterial zu bilden.

Was selten ist, ist, dass PITAKA neben der Ausweitung der Anwendung von Aramidfasermaterialien auch ständig die Technologie neuer Materialien erforscht, um den Benutzern personalisiertere Auswahlmöglichkeiten zu bieten.

In der Ära der iPhone 13-Serie im Jahr 2021 leistete PITAKA Pionierarbeit für seinen ikonischen Aramidfaser-"Floating Weaving Process". Die Farbe und Textur des traditionellen Aramidfaserwebens sind relativ einheitlich, und normalerweise gibt es nur eine Farbe oder Textur auf demselben Stoffstück, wie z. B. der häufigste schwarze und graue Twill.

PITAKA war Vorreiter bei der Kombination von traditioneller chinesischer Webtechnologie und Hightech-Aramidfasermaterialien.Durch die Anpassung der abwechselnden Abfolge von Radial- und Schusswebung von Aramidfasern unterschiedlicher Grundfarben können zwei oder mehr verschiedene Webmethoden in derselben Weberei kombiniert werden Webstuhl wird auf demselben Stück Aramidfaserstoff gezeigt, so dass der Stoff zwei oder mehr unterschiedliche Webmuster, dreidimensionale Anordnungen und mehrfarbige Effekte auf derselben Oberfläche erzeugen kann.

In der tatsächlichen Erfahrung realisiert die Schutzhülle der schwimmenden Webtechnologie die geprägten Farblinien auf der schwarzen und grauen Schalenoberfläche, was nicht nur die visuelle Verbesserung realisiert, sondern auch durch die Berührung der Fingerspitzen kann der Benutzer sogar die leichte Welligkeit spüren der Fasern, einzigartiges konkav-konvexes Gefühl. Dazu kommt die zarte und dreidimensionale Haptik, die mit den üblichen Druckmustern nur schwer nachzuahmen ist.

Neben Innovationen bei Webtechniken führte PITAKA auch 600D-Aramidfasern mit höheren Kosten und feineren und dünneren Fasern ein. Im Vergleich zum vorherigen 1500D-Stil hat die feinere und dünnere 600D-Aramidfaser höhere Rohmaterialkosten und Verarbeitungsschwierigkeiten und im Austausch dafür ein feineres und dünneres Benutzererlebnis. Ultradünne Dicke von nur 0,95 mm und geringes Gewicht von 17,3 g. Einfach gesagt ist das Tragen einer Shell auch leichter und fühlt sich zarter an.

Als Polymermaterial hat Aramidfaser eine hohe Festigkeit und ein geringes Gewicht, wodurch das Mobiltelefon vor Kratzern geschützt werden kann, ohne die Dicke und das Gewicht des Mobiltelefons wesentlich zu erhöhen und Signale zu blockieren. Aus dieser Perspektive ist Aramidfaser in der Tat ein ideales Material für die Herstellung dünner und leichter Handyhüllen. Es versteht sich, dass PITAKA als führende Marke in der Branche das Recycling und die Wiederverwendung von Materialien durch die Entwicklung neuer umweltfreundlicher Harze verwirklicht hat, was eine breitere Perspektive für die nachhaltige Anwendung dieses Materials eröffnet hat.

Titanlegierung: Apples Ultra-Wahl

Die Entdeckung von Titan begann 1791 und wurde nach den Titanen in der griechischen Mythologie benannt. Das Wort Titan bedeutet heute nicht nur Titan, sondern erscheint auch oft als Adjektiv von „unzerstörbar“ und wird auch um eine übergeordnete Bedeutung erweitert.

Ford wird beispielsweise Titanium als Kennung des Topmodells verwenden und Nvidia ist es seit jeher gewohnt, Ti als Suffix der Hochleistungsversion des Grafikkartenmodells zu verwenden.

1948 verwendete DuPont aus den Vereinigten Staaten die Magnesiummethode, um Titanschwamm in Tonnen herzustellen – dies markierte den Beginn der industriellen Produktion von Titanschwamm, also Titan.

Titanmetall ist ein Leicht- und Hartmetall, das aufgrund seiner hohen spezifischen Festigkeit, guten Korrosionsbeständigkeit und hohen Hitzebeständigkeit in der Nuklearindustrie, chemischen Petrochemie, Luft- und Raumfahrt, Sportartikeln, Zahnmedizin und medizinischen Behandlungen weit verbreitet ist. Titanlegierungsmaterialien wurden auch als die besten Materialien zum Ersetzen oder Reparieren von ausgefallenem Hartgewebe (strukturelle biomedizinische Anwendungen) ausgewählt.

Im Vergleich zu den beiden Verbundwerkstoffen Kohlefaser und Aramidfaser ist die Titanlegierung das wichtigste Metallmaterial für die Herstellung von Raumfahrzeugen, weshalb sie von Astronauten oft als „Weltraummetall“ bezeichnet wird.

Dank seiner vielen Vorteile wird Titanmetall auch von traditionellen Uhrenherstellern bevorzugt, da Titangold nicht nur das Gewicht des Gehäuses erheblich reduziert, sondern auch für die Textur des Aussehens sorgt und nicht leicht zu tragen ist.

Auch Apple hat ein Faible für Titan: Bevor die Apple Watch Titan einführte, war die physische Karte von Apple für das 2019 eingeführte Apple Card-Kreditkartengeschäft eine Titankarte.

Im Jahr 2020 hat Apple eine Editionsversion des Titangehäuses für die Apple Watch Series 6 vorbereitet. Dieses Material und diese High-End-Version wird natürlich von der Nachfolgerserie Apple Watch Series 7 übernommen.

Neben der oben erwähnten höheren Härte, dem geringeren Gewicht und der besseren Korrosionsbeständigkeit ist der Grund, warum Titan von Apple am meisten bevorzugt wird, seine bessere Biokompatibilität.

Das Apple Apple Watch-Team hat einmal eine Entwicklungsgeschichte mit Ai Faner geteilt:

Als die Apple Watch versuchsweise Edelstahl herstellte, verteilte Apple die Produkte an einige Mitarbeiter, damit sie sie anprobieren konnten. Aber Apple stellte bald fest, dass eine beträchtliche Anzahl von Mitarbeitern nach dem Anprobieren Allergien entwickelte. Nach Recherchen stellte Apple fest, dass es tatsächlich durch das Nickelelement im Edelstahl verursacht wurde. Dann musste Apple das Verhältnis jedes Metallelements im Edelstahlgehäuse neu anpassen.

Obwohl nach der Neueinstellung die Wahrscheinlichkeit von Allergien sehr gering war, gibt es immer noch einige Benutzer mit empfindlicherer Haut, die "erworben" werden.

Das Titangehäuse mit besserer Biokompatibilität ist zufälligerweise freundlicher zur Haut des Benutzers und verursacht weniger Empfindlichkeit.

In diesem Jahr hat Apple nicht nur die Apple Watch Series 8 aktualisiert, sondern auch eine professionelle Apple Watch Ultra für Outdoor-Extremsportler vorbereitet. Die Ultra-Uhr, die auch mit einem Titangehäuse ausgestattet ist, erhält natürlich die Eigenschaften von Fallschutz und Langlebigkeit.

Laut einem Kollegen, der die Apple Watch Ultra vier Tage und drei Nächte intensiv bei Wanderaktivitäten im Niemandsland verwendet hat, obwohl er am ersten Wandertag versehentlich auf die schlammige Straße gefallen ist und die Sturzerkennung der Uhr aufgeweckt hat, Die Uhr Auch die Ränder des Korpus waren mit einer Schlammschicht bedeckt. Nach einem kurzen Spülen mit Wasser war kein Schlamm mehr in den Löchern an den Seiten der Uhr, und die Uhr sah vom Bildschirm bis zu den Seiten immer noch wie neu aus.

Auf der anderen Seite wurde kürzlich auch berichtet, dass Apple in der iPhone 15-Serie eine Titanlegierung als Metallrahmen verwenden wird. Die Verwendung von Titan würde es dem iPhone ermöglichen, leichter zu sein als der Edelstahl, der in aktuellen Pro-Modellen verwendet wird, und die Haltbarkeit und Kratzfestigkeit des iPhones verbessern.

Jetzt hat die Apple Watch Ultra ein Titangehäuse. Laut Apples Produktpositionierungsstrategie und dem Gerücht könnte der Körper aus Titanlegierung auch zum Vorteil der „Ultra“-Serie werden.

Die rasante Entwicklung von Wissenschaft und Technologie hat die kontinuierliche Innovation von Materialien gefördert, und neue Materialien und Prozesstechnologien bringen oft Innovationen und Durchbrüche.

In der Entwicklungsgeschichte der Materialwissenschaften im vergangenen Jahrhundert hat jede Generation die Forschung und Anwendung auf der Grundlage des Wissens ihrer Vorgänger vertieft. Da sich das Verständnis der Menschheit für Materialwissenschaften weiter vertieft, ist das Potenzial für Anwendungen, die das menschliche Leben verbessern, nahezu grenzenlos.

Es ist absehbar, dass sich die bestehenden leichten und hochfesten Materialien weiterentwickeln werden, und wenn die Technologie ausgereift ist, werden diese leichten und hochfesten Materialien auch immer mehr Konsumgüter abdecken und in Tausende von Haushalten gelangen.

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Ai Faner | Ursprünglicher Link · Kommentare anzeigen · Sina Weibo