Les secrets des « travaux légers » de l’industrie moderne

Comme le dit le dicton, "Les arts martiaux du monde ne sont que rapides et incassables." Dans les romans d'arts martiaux représentés par Jin Yong, si vous voulez devenir un héros et marcher sur la voie d'une poursuite plus rapide et plus forte, la pratique du Qinggong semble être une pièce indispensable.

Une fois que le héros dans la plume de l'auteur a acquis le Qinggong, son corps est aussi léger qu'une hirondelle, et il n'y a aucun problème à survoler les avant-toits et à marcher sur la montagne et sur la mer. Et souvent, le niveau de gong léger peut simplement refléter la profondeur de son gong.

Pour en revenir au monde réel qui met l'accent sur la logique et la science, dans de nombreux cas, afin de poursuivre plus vite et plus fort, "Qinggong" n'est pas seulement un cours obligatoire, mais plus vous le faites léger, plus vos réalisations seront profondes.

Pendant longtemps, l'aérospatiale a été le domaine principal menant et animant le développement de nouveaux matériaux et de nouveaux procédés.La réalisation de matériaux légers et performants est également le moteur des scientifiques pour développer de nouveaux matériaux. Les secrets pour faire courir les humains plus vite, faire en sorte que les voitures de sport atteignent des vitesses extrêmes plus rapidement et faire durer les avions de plus en plus longtemps sont naturellement indissociables des matériaux légers et à haute résistance.

Avec l'innovation continue des êtres humains dans le domaine des matériaux légers et à haute résistance, les matériaux légers et à haute résistance ont également commencé à passer du domaine aérospatial au domaine civil, et les produits connexes sont entrés dans les foyers des gens ordinaires. Examinons ensuite trois matériaux légers à haute énergie relativement courants.

Fibre de carbone : synonyme de légèreté et de haute performance

Je crois que beaucoup de gens savent que c'est Edison qui a allumé la première lumière électrique pratique pour l'humanité. Mais on sait peu que les filaments des premières lampes à incandescence étaient constitués de filaments de bambou carbonisés, qui sont considérés comme les premiers matériaux en "fibre de carbone".

Après plusieurs améliorations, Edison a produit une lampe à filament de bambou carbonisé en 1880 qui a duré 1 200 heures. Les filaments de carbure n'ont été remplacés par des filaments de tungstène qu'au début du XXe siècle.

Étant donné que le filament de bambou carbonisé n'est plus un matériau idéal pour fabriquer des filaments et que ses propriétés mécaniques sont faibles et difficiles à appliquer à l'industrialisation à cette époque, ce premier matériau en fibre de carbone a été laissé de côté.

Comme le dit le proverbe, "Je suis né avec des matériaux qui doivent être utiles." La fibre de carbone, qui a été négligée pendant de nombreuses années, a finalement été reconnue pour sa valeur, et elle a d'abord été privilégiée par les scientifiques de l'aérospatiale.

Dans le contexte de l'ère de la "course à l'espace" dans les années 1950, les scientifiques avaient un besoin urgent d'un nouveau type de matériau à haute résistance spécifique, module spécifique élevé et résistance aux hautes températures pour construire des véhicules spatiaux.

Pour chaque kilogramme de poids du vaisseau spatial, la charge du lanceur peut être réduite de 500 kilogrammes, et l'augmentation est le taux de réussite de la mission spatiale.

En conséquence, la base aérienne de Wright-Patterson aux États-Unis a produit avec succès un matériau composite en fibre de carbone utilisant de la fibre de viscose comme matière première et l'a utilisée comme matériau d'ablation pour les tuyères de fusée et les cônes de nez. La fibre de carbone a répondu aux attentes et obtenu de bons résultats, qui peuvent non seulement répondre à la haute résistance de la résistance à l'ablation à haute température, mais également atteindre l'objectif d'un vaisseau spatial léger.

Après des années de développement et d'itération, plus de 90% des matériaux composites en fibre de carbone sur le marché sont principalement des fibres de carbone à base de PAN.

Sa méthode de production utilise principalement des fibres organiques contenant du carbone (telles que des fils de nylon, des fils acryliques, de la rayonne, etc.) comme matières premières et combine des fibres organiques avec des résines plastiques pour se carboniser, obtenant ainsi des matériaux composites en fibres de carbone. Cependant, le processus de production a des exigences élevées en matière de matières premières, de processus et de consommation d'énergie, ce qui explique également pourquoi le coût de production des matériaux en fibre de carbone reste élevé.

Le matériau composite en fibre de carbone a deux caractéristiques de forte résistance à la traction et de fibre souple et peut être traité.En tant que nouveau matériau doté d'excellentes propriétés mécaniques, il s'agit d'un matériau stratégique important pour l'industrie aérospatiale et militaire.

Les ailes du chasseur de cinquième génération J-20 de mon pays sont constituées de matériaux composites en fibre de carbone à base de résine. Le diamètre de la fibre de carbone n'est que de 5 microns, ce qui équivaut à dix à un douzième de cheveu, mais la résistance est en alliage d'aluminium 4. fois plus. En l'utilisant pour fabriquer des ailes, vous pouvez facilement obtenir une réduction de poids de plus de 30 % en échange d'une plus grande maniabilité et d'une plus longue durée de vie de la batterie.

À 12 h 13 le 7 décembre 2021, la fusée porteuse Ceres-1 (Yao-2) a été lancée avec succès depuis le centre de lancement de satellites de Jiuquan, envoyant avec succès cinq satellites commerciaux sur une orbite héliosynchrone de 500 km. Sa coque extérieure noire unique est passée de matériaux métalliques à des matériaux composites en fibre de carbone, la flèche complète de la fusée a été réduite de 1310 kg et la capacité de charge du satellite a été multipliée par 100.

Au fur et à mesure que la technologie mûrissait, les matériaux en fibre de carbone ont également commencé à apparaître dans les produits de consommation.

En 2013, BMW a produit en série le modèle purement électrique i3, dont l'habitacle était fait d'un matériau composite en fibre de carbone CFRP ultra-léger et à haute résistance, ce qui a été le premier modèle produit en série avec une carrosserie en fibre de carbone.

Par rapport à d'autres matériaux métalliques couramment utilisés, la résistance du matériau en fibre de carbone CFRP développé par BMW est 10 fois supérieure à celle des matériaux en acier courants. La structure de la cabine intégrée en fibre de carbone rend non seulement la cabine de l'équipage i3 plus rigide, mais permet également à l'i3 d'obtenir facilement le design de la porte.

D'autre part, le poids du matériau en fibre de carbone CFRP est la moitié du poids de l'acier de même volume.La légèreté de la carrosserie peut bien compenser le poids de la batterie et du moteur intégrés au châssis. c'est aussi améliorer l'autonomie de la batterie électrique pure de l'ensemble du véhicule.

Bien qu'il soit rare que toute la carrosserie en blanc soit constituée de matériaux composites en fibre de carbone comme la BMW i3, mais en s'appuyant sur les caractéristiques de légèreté, les matériaux en fibre de carbone apparaîtront souvent sur les voitures de performance et les super voitures de sport, réduisant le poids de la voiture Peut optimiser le conduit d'air. Au fil du temps, la fibre de carbone est progressivement devenue synonyme de légèreté et de haute performance.

Il convient de mentionner qu'en raison du processus complexe et du coût élevé, l'utilisation de véritables matériaux en fibre de carbone est un produit coûteux avec un positionnement très élevé. Il existe de nombreux objets dans la vie quotidienne, bien que cela ressemble à un motif de tissage classique avec de la fibre de carbone, il peut s'agir simplement d'un autocollant avec un motif en fibre de carbone.

Fibre aramide : dite fibre « tout terrain »

Comparé à la fibre de carbone, un matériau léger qui est plus courant dans notre vie quotidienne est en fait la fibre d'aramide. C'est juste que l'apparence de tissage de la fibre d'aramide est très similaire à la texture de tissage de la fibre de carbone, donc les gens les confondent souvent.

La fibre d'aramide se classe parmi les trois principales fibres de haute technologie au monde (fibre de carbone, fibre d'aramide, fibre de polyéthylène à haute résistance et à haut module), sa résistance est 5 à 6 fois supérieure à celle de l'acier de haute qualité, son module est de 2 à 3 fois celui de l'acier ou de la fibre de verre, et sa ténacité est 2 fois le poids de l'acier, mais seulement 1/5 du poids de l'acier. Il possède d'excellentes propriétés telles qu'une résistance élevée, une bonne ténacité, un poids léger, une résistance à haute température, une résistance à basse température, une résistance à la corrosion, une résistance à l'usure, etc., il est donc également appelé "fibre polyvalente".

En tant que l'une des fibres d'aramide les plus connues, l'aramide 1414 appelée "Kevlar" a été inventée par la chimiste polono-américaine Stephanie Kwolek alors qu'elle travaillait chez DuPont.

Son équipe voulait créer une nouvelle fibre légère et solide pour les pneus, mais a accidentellement synthétisé une solution laiteuse unique, à texture légère. Cette solution permet aux fibres d'obtenir une résistance et une rigidité ultra-élevées, ce qui a conduit à la naissance des produits en fibres de Kevlar.

Les fibres d'aramide ont rapidement été utilisées dans le domaine aérospatial. La combinaison spatiale d'Apollo pour l'atterrissage sur la lune a un total de 21 couches de tissus, et le produit en fibre d'aramide Kevlar Kevlar de DuPont est utilisé dans la couche restrictive de la combinaison spatiale, offrant à la combinaison spatiale une résistance et une flexibilité élevées.

La fibre aramide, qui a une résistance à l'usure, une résistance à la corrosion et un retardateur de flamme, est progressivement devenue l'un des principaux matériaux de production pour des produits tels que les gilets pare-balles, les avions aérospatiaux, l'électromécanique, la construction, les automobiles haut de gamme et les articles de sport.

En tant que représentant du nouveau matériau "haute précision", la fibre d'aramide est considérée par le monde comme une étape importante dans le développement de la science des matériaux et a toujours été considérée comme un matériau de défense nationale et militaire très important. Au cours des décennies qui ont suivi son introduction, la fibre aramide a traversé la transition des matériaux stratégiques militaires aux matériaux civils. Avec la baisse continue des coûts de fabrication, les fibres aramides sont souvent considérées comme actives dans l'industrie de l'électronique grand public.

Par exemple, nos smartphones couramment utilisés sont une application importante des fibres d'aramide.

À la recherche d'une meilleure sensation, les fabricants de téléphones mobiles n'ont jamais cessé d'explorer les matériaux et les processus structurels. Ainsi, au fil des ans, le polycarbonate, le verre, le métal, le bois, le nylon et d'autres matériaux ont été utilisés dans les téléphones mobiles.

Mais pour moi, c'est la fine couche de fibre aramide à l'arrière du Motorola RAZR (XT910) que je n'oublie jamais.

Une couche de fibre d'aramide aussi fine que 0,3 mm permet non seulement d'obtenir le corps ultra-mince et résistant du RAZR 7,1 mm, mais offre également un toucher supérieur unique et résistant à l'usure.

Malheureusement, limités par des facteurs tels que le coût, la technologie et le signal, il existe de moins en moins de modèles produits en série qui utilisent directement la fibre aramide comme matériau principal à l'arrière du téléphone.

Mais heureusement, si vous ne l'oubliez pas, il y aura des échos. PITAKA, une nouvelle marque grand public de technologie dure basée à Shenzhen, en Chine et considérée par d'innombrables toners comme un "plafond en Kevlar", a commencé à utiliser des fibres d'aramide pour fabriquer des étuis de téléphone en 2015, puis a progressivement utilisé des matériaux en fibre d'aramide Go make more products like iPad étuis, étuis pour téléphones Galaxy, étuis pour montres Apple, stations de chargement, banques d'alimentation, etc. Il semble constituer tout un ensemble de produits écologiques constitués de fibres d'aramide comme matériau principal.

Ce qui est rare, c'est que tout en élargissant l'application des matériaux en fibres d'aramide, PITAKA explore également en permanence la technologie de nouveaux matériaux, offrant aux utilisateurs des choix plus personnalisés.

À l'ère de la série iPhone 13 en 2021, PITAKA a créé son "processus flottant" en fibre d'aramide signature. La couleur et la texture traditionnelles du tissage en fibre d'aramide sont relativement uniques, il n'y a généralement qu'une seule couleur ou texture sur le même tissu, comme le sergé noir et gris le plus courant.

PITAKA a été le pionnier de la combinaison de la technologie de tissage traditionnelle chinoise et des matériaux de fibre d'aramide de haute technologie.En ajustant l'ordre alterné du tissage radial et de la trame des fibres d'aramide de différentes couleurs primaires, deux ou plusieurs méthodes de tissage différentes peuvent être tissées dans le même tissage. La machine à tissu est présentée sur le même morceau de tissu en fibre d'aramide, de manière à obtenir l'effet de deux motifs de tissage différents ou plus, d'un agencement tridimensionnel et multicolore sur le même côté du tissu.

Dans l'expérience réelle, la coque protectrice du processus de tissage en relief réalise le motif de couleur en relief sur la surface de la coque noire et grise, qui réalise non seulement l'amélioration de la vision, mais aussi par le toucher de la pulpe des doigts, l'utilisateur peut même sentir les légers hauts et bas de la fibre. , sensation concave et convexe unique. C'est aussi la sensation délicate et tridimensionnelle difficile à imiter avec les motifs imprimés habituels.

En plus des innovations dans les techniques de tissage, PITAKA a également introduit des fibres d'aramide 600D, qui sont de plus en plus chères et de plus en plus fines. Par rapport au style 1500D précédent, la fibre d'aramide 600D plus fine et plus fine a un coût de matière première et une difficulté de traitement plus élevés, et en échange d'une expérience utilisateur plus délicate et plus fine. Seulement 0,95 mm d'épaisseur ultra-mince et 17,3 g de poids léger. Pour le dire simplement, la coque est également légère et se sent plus délicate.

En tant que matériau polymère, la fibre d'aramide a sa propre résistance élevée et son poids léger, ce qui peut non seulement protéger le téléphone mobile des rayures, mais n'augmentera pas de manière significative l'épaisseur et le poids du téléphone mobile et ne bloquera pas les signaux. De ce point de vue, la fibre aramide est en effet un matériau idéal pour réaliser des coques de téléphone fines et légères. Il est entendu que, en tant que marque leader dans l'industrie, PITAKA a réalisé le recyclage et la réutilisation des matériaux grâce au développement de nouvelles résines respectueuses de l'environnement, ouvrant des perspectives plus larges pour l'application durable de ce matériau.

Alliage de titane : le choix Ultra Ultra d'Apple

La découverte du titane a commencé en 1791, et il a été nommé d'après les Titans dans la mythologie grecque. Le mot Titanium ne signifie plus seulement titane, mais apparaît aussi souvent comme un adjectif pour "indestructible", et a également été étendu à une signification référentielle de niveau supérieur.

Par exemple, Ford utilisera Titanium comme identifiant pour le modèle haut de gamme, et Nvidia a toujours utilisé Ti comme suffixe pour les modèles de cartes graphiques hautes performances.

En 1948, DuPont aux États-Unis a utilisé la méthode du magnésium pour produire des tonnes d'éponge de titane – cela a marqué le début de la production industrielle d'éponge de titane, c'est-à-dire de titane.

Le titane est un métal léger et dur.Il est largement utilisé dans l'industrie nucléaire, la chimie et la pétrochimie, l'aérospatiale, les articles de sport, la dentisterie et le médical en raison de sa résistance spécifique élevée, de sa bonne résistance à la corrosion et de sa résistance élevée à la chaleur, aux réparations, etc. Les matériaux en alliage de titane ont également été sélectionnés comme le meilleur matériau pour remplacer ou réparer les tissus durs défaillants (applications biomédicales structurelles).

Comparé aux deux matériaux composites de fibre de carbone et de fibre d'aramide, l'alliage de titane est le principal matériau métallique pour la fabrication d'engins spatiaux, il est donc souvent appelé "métal spatial" par les astronautes.

Grâce à ses nombreux avantages, le titane a également commencé à être privilégié par les fabricants de montres traditionnelles, car le titane peut réduire considérablement le poids du boîtier, tout en garantissant un aspect texturé et peu facile à porter.

Apple a également un faible pour le titane.Avant qu'Apple Watch n'introduise le titane, la carte physique de l'entreprise de cartes de crédit Apple Card lancée par Apple en 2019 était une carte en titane.

En 2020, Apple a préparé une version Edition du boîtier en titane pour l'Apple Watch Series 6. Ce matériau et cette version haut de gamme sont naturellement hérités par le successeur, l'Apple Watch Series 7.

En plus de la dureté plus élevée, du poids plus léger et de la résistance à la corrosion susmentionnés, la raison pour laquelle le titane est le plus apprécié par Apple est sa meilleure biocompatibilité.

L'équipe Apple Apple Watch a partagé une petite histoire de développement avec Ai Faner :

Au moment de la production d'essai de l'Apple Watch en acier inoxydable, Apple a distribué ces produits à certains employés pour les essayer. Mais Apple a rapidement découvert qu'un nombre considérable d'employés développaient des allergies après les avoir essayés. Après des recherches, Apple a découvert que cela était en fait causé par l'élément nickel dans l'acier inoxydable. Ensuite, Apple a dû réajuster les proportions des éléments métalliques du boîtier en acier inoxydable.

Bien qu'après réajustement, le risque d'allergies soit très faible, mais il y a encore des utilisateurs à la peau plus sensible qui seront "frappés".

Le boîtier en titane avec une meilleure biocompatibilité se trouve être plus respectueux de la peau de l'utilisateur et n'est pas facile à provoquer une sensibilité.

Et cette année, Apple a non seulement mis à jour l'Apple Watch Series 8, mais a également préparé une Apple Watch Ultra de qualité professionnelle pour les amateurs de sports extrêmes en plein air. La montre Ultra, qui est également équipée d'un boîtier en titane, acquiert naturellement les caractéristiques de résistance à la chute et de construction.

Selon un collègue qui a utilisé Apple Watch Ultra pendant quatre jours et trois nuits dans des activités de randonnée dans le no man’s land, bien qu’il soit tombé accidentellement sur une route boueuse le premier jour de la randonnée, ce qui a réveillé la détection de chute de la montre, la montre Les bords du corps étaient également recouverts d'une couche de boue. Après un bref rinçage à l'eau, il ne restait plus de boue dans les trous des deux côtés de la montre.De l'écran au côté, la montre avait toujours l'air neuve et sans défaut.

D'autre part, il a également été récemment signalé qu'Apple utiliserait des alliages de titane comme cadres métalliques dans la série iPhone 15. L'utilisation de titane pourrait rendre l'iPhone plus léger, ainsi qu'améliorer la durabilité et la résistance aux rayures de l'iPhone, par rapport à l'acier inoxydable utilisé sur les modèles Pro actuels.

Maintenant que l'Apple Watch Ultra a un boîtier en titane. Selon la stratégie de positionnement produit d'Apple et cette rumeur, le corps en alliage de titane pourrait également devenir l'avantage de la série "Ultra".

Le développement rapide de la science et de la technologie a favorisé l'innovation continue des matériaux, et les nouveaux matériaux et technologies de procédés apportent souvent des innovations et des percées.

Dans l'histoire du développement de la science des matériaux depuis plus de 100 ans, chaque génération s'appuie sur les connaissances des prédécesseurs, puis approfondit la recherche et l'application. Alors que la compréhension de la science des matériaux par l'humanité continue de s'approfondir, le potentiel d'applications pour améliorer la vie humaine est presque illimité.

Il est prévisible que les matériaux légers et à haute résistance existants continueront d'évoluer, et à mesure que la technologie mûrit, ces matériaux légers et à haute résistance couvriront également de plus en plus de biens de consommation et entreront dans des milliers de foyers.

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