ข้อดีของเส้นใยนำไฟฟ้าแบบคาร์บอนไฟเบอร์

เมื่อพูดถึงสายไฟ อันดับแรกเราจะนึกถึงสายทองแดง สายอะลูมิเนียม สายเหล็ก และสายโลหะอื่นๆพวกเขาทั้งหมดทำจากลวดโลหะบริสุทธิ์เหตุผลที่ใช้โลหะคือโลหะทุกชนิดมีการนำไฟฟ้าได้ดีสาเหตุที่โลหะมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีก็เพราะอะตอมของโลหะมีอิเล็กตรอนวงนอกน้อยกว่าหลังจากที่พวกมันรวมกันเป็นกลุ่มอะตอมแล้ว ชั้นนอกของแต่ละอะตอมก็มีอิเล็กตรอนเพียงหนึ่งหรือสองตัวและหมุนรอบตัว ดังนั้นชั้นนอกของอะตอมจึงมีอิเล็กตรอนเพียงหนึ่งหรือสองตัวจะมีตำแหน่งว่างของอิเล็กตรอนมากขึ้นในชั้น ดังนั้นอิเล็กตรอนแปลกปลอมจึงสามารถเข้ามาและเคลื่อนที่ได้ง่าย และโลหะนั้นนำไฟฟ้าได้ง่าย ดังนั้นสายไฟที่เราเห็นโดยทั่วไปจึงเป็นโลหะ
เนื่องจากโลหะมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดี สายไฟในปัจจุบันจึงเป็นโลหะโดยพื้นฐานสามารถเปลี่ยนสายไฟด้วยวัสดุอื่นที่ไม่สัมผัสได้หรือไม่?เป็นไปได้เช่นเดียวกับคาร์บอนไฟเบอร์
เพื่อนหลายคนรู้ว่าคาร์บอนไฟเบอร์นั้นเหนียวมาก แต่พวกเขาไม่รู้ว่าคาร์บอนไฟเบอร์บางชนิดนั้นนำไฟฟ้าได้เนื่องจากเส้นใยดังกล่าวมีโครงสร้างอะตอมคล้ายกับกราไฟต์ และกราไฟต์เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี ซึ่งเป็นองค์ประกอบคาร์บอนชนิดหนึ่งAllotropes อะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมในกราไฟต์เชื่อมต่อกับอะตอมของคาร์บอนอีกสามอะตอมรอบๆ อะตอมนั้น โดยจัดเรียงเป็นโครงสร้างหกเหลี่ยมคล้ายรังผึ้ง ซึ่งแต่ละอะตอมของคาร์บอนจะปล่อยอิเล็กตรอนอิสระ ดังนั้นกราไฟต์จึงนำไฟฟ้าได้ประสิทธิภาพดีมาก สูงกว่าวัสดุอโลหะทั่วไปประมาณ 100 เท่า
อย่างไรก็ตาม ถึงกระนั้นก็ตาม การนำกระแสในลวดคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับคาร์บอนไฟเบอร์ เนื่องจากการนำไฟฟ้าของคาร์บอนไฟเบอร์ยังคงไม่ดีเท่าของโลหะเรซินรวมเส้นใยคาร์บอนไฟเบอร์ที่จัดเรียงตามยาวเข้าเป็นหนึ่งเดียว ซึ่งทำให้เส้นใยคาร์บอนนำไฟฟ้าได้น้อยลง ดังนั้นคาร์บอนไฟเบอร์ที่นี่จึงไม่ได้ใช้นำไฟฟ้า แต่ทำหน้าที่รับน้ำหนักโครงสร้างของเส้นลวดแกนผสมคาร์บอนไฟเบอร์นั้นคล้ายคลึงกับลวดตีเกลียวอะลูมิเนียมแกนเหล็กทั่วไปมันถูกแบ่งออกเป็นลวดแกนในและลวดอลูมิเนียมพื้นผิวแกนลวดรองรับความเค้นเชิงกลของตัวลวดเองเป็นส่วนใหญ่ ในขณะที่ลวดอะลูมิเนียมด้านนอกจะรับภาระการไหลของกระแส
ปรากฎว่าสายรับน้ำหนักในสายเป็นลวดเหล็กทั้งหมด โดยปกติแล้ว ลวดสลิงเหล็กจะบิดจากลวดเหล็ก 7 เส้น และด้านนอกเป็นลวดอลูมิเนียมที่ประกอบด้วยลวดอลูมิเนียมหลายสิบเส้น แต่เส้นใยผสมคาร์บอนไฟเบอร์ ลวดวัสดุเป็นเส้นกลางของวัสดุผสมคาร์บอนไฟเบอร์และด้านนอกเป็นรูปสี่เหลี่ยมลวดอะลูมิเนียมหลายเส้น ดังที่แสดงในรูปด้านล่าง ด้านซ้ายคือลวดอะลูมิเนียม ลวดเหล็กกล้า และด้านขวาคือลวดแกนประกอบคาร์บอนไฟเบอร์
เราทราบดีว่าแม้ว่าเหล็กจะมีความต้านทานแรงดึงและความเหนียวที่ดี แต่ความหนาแน่นของมันนั้นสูงมาก ดังนั้นจึงมีน้ำหนักมาก แต่ความหนาแน่นของวัสดุผสมคาร์บอนไฟเบอร์นั้นน้อยกว่ามาก เพียง 1/4 ของเหล็ก และน้ำหนักของมันก็เท่าเดิมเท่านั้น ปริมาณ.อย่างไรก็ตาม แรงดึงและความเหนียวของคาร์บอนไฟเบอร์นั้นดีกว่าเหล็กโดยทั่วไปอย่างน้อยสองเท่าของแรงดึงของเหล็ก ดังนั้น จุดประสงค์หลักของการใช้วัสดุผสมคาร์บอนไฟเบอร์คือเพื่อลดน้ำหนักของเส้นลวดและให้มีความหนาเท่าเดิม ของคาร์บอนไฟเบอร์ เนื่องจากแรงดึงดีกว่า จึงสามารถบรรทุกลวดอะลูมิเนียมได้มากขึ้น ทำให้ลวดหรือสายเคเบิลหนาขึ้นเพื่อให้ผ่านกระแสได้มากขึ้น
เนื่องจากลวดคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์มีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมดังกล่าวข้างต้นในด้านความหนาแน่นต่ำ น้ำหนักเบา แรงดึงสูง และความเหนียวแข็งแรง หากวัสดุนี้สามารถใช้งานได้นาน มีแนวโน้มว่าจะใช้แทนลวดเหล็กกล้าและลวดอะลูมิเนียมใน อนาคต.ลวดที่ใช้กันทั่วไปและลวดคาร์บอนไฟเบอร์มีผลด้านความร้อนเมื่อได้รับพลังงาน ดังนั้นจึงใช้เป็นลวดความร้อนในบางอุตสาหกรรมด้วยดังนั้นลวดในปัจจุบันจึงไม่จำเป็นต้องเป็นโลหะ และลวดที่ไม่ใช่โลหะก็จะปรากฏบ่อยขึ้นเรื่อย ๆ