Ugljična Vlakna: Tehnologija Proizvodnje Ugljičnih Vlakana U Rusiji, Kit I Podno Grijanje S Ugljičnim Vlaknima, Gustoća I Karakteristike Karbonskih Vlakana

2024 Autor: Beatrice Philips | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-09 13:08

Poznavanje svega o karbonskim vlaknima vrlo je važno za svaku modernu osobu. Shvativši tehnologiju proizvodnje ugljika u Rusiji, gustoću i druge karakteristike ugljikovih vlakana, bit će lakše razumjeti opseg njegove primjene i napraviti pravi izbor. Osim toga, trebali biste saznati sve o kitu i podnom grijanju od ugljičnih vlakana, o stranim proizvođačima ovog proizvoda i o različitim područjima primjene.

Osobitosti

Imena ugljična vlakna i ugljična vlakna, a u nizu izvora i ugljična vlakna, vrlo su česta. No, predodžba o stvarnim karakteristikama ovih materijala i mogućnostima njihove upotrebe za mnoge je ljude prilično različita. Sa tehničke tačke gledišta, ovaj materijal sastavljen je od niti presjeka najmanje 5 i ne više od 15 mikrona … Gotovo cijeli sastav sastavljen je od atoma ugljika - otuda i naziv. Ti su atomi grupirani u hrskave kristale koji tvore paralelne linije.

Ovaj dizajn pruža vrlo visoku vlačnu čvrstoću. Ugljična vlakna nisu potpuno novi izum . Prve uzorke sličnog materijala primio je i koristio Edison. Kasnije, sredinom dvadesetog stoljeća, karbonska vlakna doživljavaju renesansu - i od tada se njihova upotreba stalno povećava.

Ugljična vlakna sada se proizvode od sasvim različitih sirovina - pa se stoga njihova svojstva mogu uvelike razlikovati.

Sastav i fizička svojstva

Najvažnije od karakteristika karbonskih vlakana ostaju njegove izuzetna otpornost na toplotu … Čak i ako se tvar zagrije do 1600 - 2000 stupnjeva, tada se u nedostatku kisika u okolini njeni parametri neće promijeniti. Gustoća ovog materijala, zajedno s uobičajenim, također je linearna (mjereno u tzv. Tex-u). S linearnom gustoćom od 600 tex, masa 1 km mreže bit će 600 g. U mnogim slučajevima, modul elastičnosti materijala ili, kako kažu, Youngov modul, također je kritično važan.

Za vlakna visoke čvrstoće ta se vrijednost kreće od 200 do 250 GPa. Karbonska vlakna visokog modula izrađena na bazi PAN -a imaju modul elastičnosti od približno 400 GPa. Za otopine tekućih kristala ovaj parametar može varirati od 400 do 700 GPa. Modul elastičnosti izračunava se na temelju procjene njegove vrijednosti pri rastezanju pojedinačnih kristala grafita. Orijentacija atomskih ravnina utvrđena je analizom rentgenske difrakcije.

Zadana površinska napetost je 0,86 N / m. Prilikom obrade materijala za dobivanje vlakna od kompozita metala ta se brojka povećava na 1,0 N / m . Mjerenje metodom kapilarnog uspona pomaže u određivanju odgovarajućeg parametra. Temperatura topljenja vlakana na bazi naftnih smola je 200 stepeni. Predenje se odvija na oko 250 stepeni; talište drugih vrsta vlakana direktno ovisi o njihovom sastavu.

Maksimalna širina ugljičnih tkanina ovisi o tehnološkim zahtjevima i nijansama. Za mnoge proizvođače to je 100 ili 125 cm. Što se tiče aksijalne čvrstoće, ona će biti jednaka:

• za proizvode visoke čvrstoće na bazi PAN-a od 3000 do 3500 MPa;
• za vlakna sa značajnim izduženjem, strogo 4500 MPa;
• za visoko modularne materijale od 2000 do 4500 MPa.

Teoretski proračuni stabilnosti kristala pod vlačnom silom prema atomskoj ravnini rešetke daju procijenjenu vrijednost od 180 GPa. Očekivano praktično ograničenje je 100 GPa. Međutim, eksperimenti još uvijek nisu potvrdili prisustvo razine veće od 20 GPa. Stvarna čvrstoća karbonskih vlakana ograničena je mehaničkim oštećenjima i nijansama proizvodnog procesa. Vlačna čvrstoća presjeka duljine 1/10 mm utvrđena u praktičnim studijama iznosit će od 9 do 10 GPa.

Karbonska vlakna T30 zaslužuju posebnu pažnju . Ovaj materijal se uglavnom koristi u proizvodnji šipki. Ovo rješenje odlikuje se lakoćom i odličnom ravnotežom. Indeks T30 označava modul elastičnosti od 30 tona.

Složeniji proizvodni procesi omogućuju vam da dobijete proizvod na razini T35 i tako dalje.

Tehnologija proizvodnje

Ugljična vlakna mogu se izrađivati od raznih vrsta polimera. Način obrade određuje dvije glavne vrste takvih materijala - karbonizirane i grafitne. Postoji važna razlika između vlakana izvedenih iz PAN -a i različitih vrsta koraka. Kvalitetna karbonska vlakna, visoke čvrstoće i visokog modula, mogu imati različite nivoe tvrdoće i modula . Uobičajeno je da ih se upućuje na različite marke.

Vlakna se izrađuju u obliku niti ili u obliku snopa. Formirani su od 1000 do 10000 kontinuiranih niti. Tkanine od ovih vlakana se također mogu napraviti, poput vuče (u ovom slučaju broj filamenata je još veći). Početna sirovina nisu samo jednostavna vlakna, već i smole s tekućim kristalima, kao i poliakrilonitril. Proces proizvodnje podrazumijeva prvo proizvodnju originalnih vlakana, a zatim se zagrijavaju na zraku na 200 - 300 stepeni.

U slučaju PAN -a, ovaj proces se naziva predtretman ili povećanje otpornosti na vatru. Nakon takvog postupka smola dobija tako važno svojstvo kao što je nepropusnost. Vlakna su djelomično oksidirana. Način daljnjeg zagrijavanja određuje hoće li pripadati karboniziranoj ili grafitiranoj skupini . Završetak posla podrazumijeva davanje površine potrebnim svojstvima, nakon čega se dovršava ili dimenzionira.

Oksidacija u zraku povećava otpornost na vatru ne samo kao rezultat oksidacije. Doprinos se ne daje samo djelomičnom dehidrogenacijom, već i međumolekulskim umrežavanjem i drugim procesima. Dodatno, smanjuje se podložnost materijala topljenju i isparavanju atoma ugljika. Karbonizacija (u fazi visoke temperature) praćena je rasplinjavanjem i bijegom svih stranih atoma.

PAN vlakna zagrijana na 200 - 300 stepeni u prisustvu zraka pocrne.

Njihova naknadna karbonizacija vrši se u dušikovom okruženju na 1000 - 1500 stepeni. Optimalni nivo grijanja, prema brojnim tehnolozima, je 1200 - 1400 stepeni . Vlakna visokog modula morat će se zagrijati do otprilike 2500 stupnjeva. U preliminarnoj fazi, PAN prima mikrostrukturu ljestava. Kondenzacija na intramolekularnom nivou, popraćena pojavom policiklične aromatične tvari, "odgovorna" je za njezinu pojavu.

Što se temperatura više povećava, struktura cikličnog tipa će biti veća . Nakon završetka toplinske obrade prema tehnologiji, raspored molekula ili aromatskih fragmenata je takav da će glavne osi biti paralelne s osi vlakana. Napetost sprječava pad stepena orijentacije. Specifičnosti raspadanja PAN -a tokom toplinske obrade određene su koncentracijom cijepljenih monomera. Svaka vrsta takvih vlakana određuje početne uvjete obrade.

Tekuću kristalnu naftnu smolu potrebno je dugo držati na temperaturama od 350 do 400 stepeni. Ovaj način će dovesti do kondenzacije policikličkih molekula. Njihova se masa povećava i postupno se slijepi (s stvaranjem sferulita). Ako zagrijavanje ne prestane, sferuliti rastu, molekulska težina se povećava, a rezultat je stvaranje kontinuirane tekuće kristalne faze . Kristali su povremeno topljivi u kinolinu, ali obično se ne otapaju ni u njemu ni u piridinu (to ovisi o nijansama tehnologije).

Vlakna dobivena od smole tekućih kristala s 55 - 65% tekućih kristala teku plastično. Predenje se vrši na 350 - 400 stepeni. Visoko orijentirana struktura nastaje početnim zagrijavanjem u zračnoj atmosferi na 200 - 350 stupnjeva, a zatim držanjem u inertnoj atmosferi. Vlakna marke Thornel P-55 moraju se zagrijati do 2000 stupnjeva, što je veći modul elastičnosti, to bi temperatura trebala biti veća.

U posljednje vrijeme naučni i inženjerski radovi posvećuju sve više pažnje tehnologiji koja koristi hidrogenaciju. Početna proizvodnja vlakana često se postiže hidrogeniranjem mješavine katrana i kamena smole. U tom slučaju treba biti prisutan tetrahidrokinolin . Temperatura obrade je 380 - 500 stepeni. Čvrsti materijali se mogu ukloniti filtriranjem i centrifugiranjem; tada se parcele zadebljavaju na povišenoj temperaturi. Za proizvodnju ugljika potrebno je (ovisno o tehnologiji) koristiti raznovrsnu opremu:

• slojevi koji distribuiraju vakuum;
• pumpe;
• brtveni pojasevi;
• radni stolovi;
• zamke;
• provodljiva mreža;
• vakuumske folije;
• preprezi;
• autoklavi.

Pregled tržišta

Na svjetskom tržištu vodeći su proizvođači ugljičnih vlakana:

• Thornell, Fortafil i Celion (Sjedinjene Države);
• Grafil i Modmore (Engleska);
• Kureha-Lone i Toreika (Japan);
• Cytec Industries;
• Hexcel;
• SGL Group;
• Toray Industries;
• Zoltek;
• Mitsubishi Rayon.

Danas se ugljik proizvodi u Rusiji:

• Tvornica ugljika i kompozitnih materijala u Čeljabinsku;
• Proizvodnja ugljika u Balakovu;
• NPK Khimprominzhiniring;
• Saratovsko preduzeće "START".

Proizvodi i aplikacije

Ugljična vlakna koriste se za izradu kompozitnih armatura. Uobičajeno je i da se koristi za dobivanje:

• dvosmjerne tkanine;
• dizajnerske tkanine;
• dvoosno i četveroosno tkivo;
• netkani materijal;
• jednosmjerna traka;
• preprezi;
• vanjsko ojačanje;
• vlakna;
• uprtači.

Sada je to prilično ozbiljna inovacija infracrveni topli pod . U ovom slučaju materijal se koristi kao zamjena za tradicionalnu metalnu žicu. Može proizvesti 3 puta više topline, osim toga, potrošnja energije smanjena je za oko 50%. Ljubitelji modeliranja složenih tehnika često koriste ugljične cijevi dobivene namotavanjem. Ove proizvode traže i proizvođači automobila i druge opreme. Ugljična vlakna se često koriste, na primjer, za ručne kočnice. Takođe, na osnovu ovog materijala, nabavite:

• dijelovi za modele aviona;
• jednodijelne nape;
• bicikli;
• dijelovi za ugađanje automobila i motocikala.

Ploče od karbonske tkanine su 18% čvršće od aluminija i 14% više od konstrukcijskog čelika … Rukavci na bazi ovog materijala potrebni su za dobivanje cijevi i cijevi promjenjivog presjeka, spiralnih proizvoda različitih profila. Koriste se i za proizvodnju i popravak palica za golf. Također vrijedi istaći njegovu upotrebu. u proizvodnji posebno izdržljivih futrola za pametne telefone i druge gadgete . Takvi proizvodi obično su vrhunskog karaktera i imaju poboljšane dekorativne kvalitete.

Što se tiče raspršenog grafitnog praha, potrebno je:

• pri primanju elektroprovodnih premaza;
• pri otpuštanju ljepila različitih vrsta;
• kod armiranja kalupa i nekih drugih dijelova.

Git od ugljičnih vlakana bolji je od tradicionalnog kita na više načina. Ovu kombinaciju cijene mnogi stručnjaci zbog svoje plastičnosti i mehaničke čvrstoće. Sastav je pogodan za pokrivanje dubokih nedostataka. Karbonske šipke ili šipke su jake, lagane i dugotrajne. Takav materijal potreban je za:

• zrakoplovstvo;
• raketna industrija;
• puštanje sportske opreme.

Pirolizom soli karboksilne kiseline mogu se dobiti ketoni i aldehidi. Izvrsna toplinska svojstva karbonskih vlakana omogućuju njegovu upotrebu u grijačima i grijačima. Takvi grijači:

• ekonomičan;
• pouzdan;
• odlikuju se impresivnom efikasnošću;
• ne širite opasno zračenje;
• relativno kompaktan;
• savršeno automatizovano;
• radi bez nepotrebnih problema;
• ne širite vanjsku buku.

Ugljik-ugljični kompoziti koriste se u proizvodnji:

• nosači za lončiće;
• konusni dijelovi za peći za vakuumsko taljenje;
• cijevni dijelovi za njih.

Dodatna područja primjene uključuju:

• domaći noževi;
• upotreba za ventil sa laticama na motorima;
• upotreba u građevinarstvu.

Moderni graditelji dugo su koristili ovaj materijal ne samo za vanjsko ojačanje. Također je potrebno za jačanje kamenih kuća i bazena. Zalijepljeni armaturni sloj vraća kvalitete oslonaca i greda u mostovima. Također se koristi pri stvaranju septičkih jama i uokvirivanju prirodnih, umjetnih rezervoara, pri radu s kesonom i jamom za silos.

Također možete popraviti ručke alata, popraviti cijevi, popraviti noge namještaja, crijeva, ručke, futrole za opremu, prozorske klupčice i PVC prozore.