Lahat tungkol sa carbon fiber

Ang pag-alam sa lahat tungkol sa carbon fiber ay napakahalaga para sa bawat modernong tao. Ang pag-unawa sa teknolohiya ng produksyon ng carbon sa Russia, density at iba pang mga katangian ng carbon fiber, mas madaling maunawaan ang saklaw ng aplikasyon nito at gumawa ng tamang pagpipilian. Bilang karagdagan, dapat mong malaman ang lahat tungkol sa masilya at underfloor na pagpainit na may carbon fiber, tungkol sa mga dayuhang tagagawa ng produktong ito at tungkol sa iba't ibang larangan ng aplikasyon.

Ang mga pangalan ng carbon fiber at carbon fiber, at sa isang bilang ng mga mapagkukunan din ng carbon fiber, ay napaka-pangkaraniwan. Ngunit ang ideya ng aktwal na mga katangian ng mga materyales na ito at ang mga posibilidad ng kanilang paggamit ay medyo naiiba para sa maraming tao. Mula sa teknikal na pananaw, ang materyal na ito ay binuo mula sa mga thread na may cross section na hindi kukulangin sa 5 at hindi hihigit sa 15 microns... Halos lahat ng komposisyon ay binubuo ng mga carbon atoms - kaya ang pangalan. Ang mga atom na ito mismo ay pinagsama-sama sa malulutong na kristal na bumubuo ng magkatulad na linya.

Ang disenyo na ito ay nagbibigay ng napakataas na lakas ng makunat. Ang carbon fiber ay hindi isang ganap na bagong imbensyon. Ang mga unang sample ng isang katulad na materyal ay natanggap at ginamit ni Edison. Nang maglaon, sa kalagitnaan ng ikadalawampu siglo, ang carbon fiber ay nakaranas ng renaissance - at mula noon ang paggamit nito ay patuloy na tumaas.

Ang pinakamahalaga sa mga katangian ng carbon fiber ay nananatiling nito pambihirang paglaban sa init... Kahit na ang sangkap ay pinainit hanggang sa 1600 - 2000 degrees, kung gayon sa kawalan ng oxygen sa kapaligiran ang mga parameter nito ay hindi magbabago. Ang density ng materyal na ito, kasama ang karaniwan, ay linear din (sinusukat sa tinatawag na tex). Sa linear density na 600 tex, ang masa ng 1 km ng web ay magiging 600 g. Sa maraming mga kaso, ang elastic modulus ng materyal, o, gaya ng sinasabi nila, Young's modulus, ay kritikal din.

Para sa high-strength fiber, ang figure na ito ay mula 200 hanggang 250 GPa. Ang mataas na modulus carbon fiber na ginawa batay sa PAN ay may nababanat na modulus na humigit-kumulang 400 GPa. Para sa mga likidong kristal na solusyon, ang parameter na ito ay maaaring mag-iba mula 400 hanggang 700 GPa. Ang nababanat na modulus ay kinakalkula batay sa pagtatantya ng halaga nito kapag ang mga indibidwal na kristal na grapayt ay nakaunat. Ang oryentasyon ng mga atomic na eroplano ay itinatag gamit ang X-ray diffraction analysis.

Ang default na pag-igting sa ibabaw ay 0.86 N / m. Kapag pinoproseso ang materyal upang makakuha ng isang metal-composite fiber, ang figure na ito ay tumataas sa 1.0 N / m. Ang pagsukat sa pamamagitan ng paraan ng pag-akyat ng capillary ay tumutulong upang matukoy ang kaukulang parameter. Ang punto ng pagkatunaw ng mga hibla batay sa mga pitch ng petrolyo ay 200 degrees. Ang pag-ikot ay nagaganap sa halos 250 degrees; ang punto ng pagkatunaw ng iba pang mga uri ng mga hibla ay direktang nakasalalay sa kanilang komposisyon.

Ang maximum na lapad ng mga tela ng carbon ay nakasalalay sa mga kinakailangan sa teknolohiya at mga nuances. Para sa maraming mga tagagawa, ito ay 100 o 125 cm. Kung tungkol sa lakas ng axial, ito ay magiging katumbas ng:

• para sa mga produktong may mataas na lakas batay sa PAN mula 3000 hanggang 3500 MPa;
• para sa mga hibla na may makabuluhang pagpahaba, mahigpit na 4500 MPa;
• para sa high-modulus na materyal mula 2000 hanggang 4500 MPa.

Ang mga teoretikal na kalkulasyon ng katatagan ng isang kristal sa ilalim ng isang makunat na puwersa patungo sa atomic plane ng sala-sala ay nagbibigay ng tinantyang halaga na 180 GPa.Ang inaasahang praktikal na limitasyon ay 100 GPa. Gayunpaman, hindi pa nakumpirma ng mga eksperimento ang pagkakaroon ng antas na higit sa 20 GPa. Ang tunay na lakas ng carbon fiber ay limitado sa pamamagitan ng mga mekanikal na depekto nito at ang mga nuances ng proseso ng pagmamanupaktura. Ang lakas ng makunat ng isang seksyon na may haba na 1/10 mm na itinatag sa mga praktikal na pag-aaral ay mula 9 hanggang 10 GPa.

Ang T30 carbon fiber ay nararapat na espesyal na pansin. Ang materyal na ito ay pangunahing ginagamit sa paggawa ng mga pamalo. Ang solusyon na ito ay nakikilala sa pamamagitan ng magaan at mahusay na balanse. Ang T30 index ay nagsasaad ng modulus ng elasticity na 30 tonelada.

Maaaring gawin ang carbon fiber mula sa iba't ibang uri ng polimer. Tinutukoy ng processing mode ang dalawang pangunahing uri ng naturang mga materyales - carbonized at graphitized na mga uri. Mayroong mahalagang pagkakaiba sa pagitan ng hibla na nagmula sa PAN at iba't ibang uri ng pitch. Ang mga de-kalidad na carbon fiber, sa parehong mataas na lakas at mataas na mga marka ng modulus, ay maaaring magkaroon ng magkakaibang antas ng tigas at modulus. Nakaugalian na i-refer ang mga ito sa iba't ibang tatak.

Ang mga hibla ay ginawa sa filament o bundle na format. Ang mga ito ay nabuo mula 1000 hanggang 10000 tuloy-tuloy na mga filament. Ang mga tissue mula sa mga hibla na ito ay maaari ding gawin, tulad ng mga hila (sa kasong ito, ang bilang ng mga filament ay mas malaki). Ang panimulang hilaw na materyal ay hindi lamang simpleng mga hibla, kundi pati na rin ang mga likidong kristal na pitch, pati na rin ang polyacrylonitrile. Ang proseso ng produksyon ay nagpapahiwatig muna ng produksyon ng orihinal na mga hibla, at pagkatapos ay pinainit sila sa hangin sa 200 - 300 degrees.

Sa kaso ng PAN, ang prosesong ito ay tinatawag na pretreatment o pagpapahusay ng paglaban sa sunog. Pagkatapos ng gayong pamamaraan, ang pitch ay nakakakuha ng isang mahalagang pag-aari bilang infusibility. Ang mga hibla ay bahagyang na-oxidized. Tinutukoy ng mode ng karagdagang pag-init kung sila ay kabilang sa carbonized o graphitized na grupo. Ang pagtatapos ng trabaho ay nagpapahiwatig ng pagbibigay sa ibabaw ng mga kinakailangang katangian, pagkatapos nito ay natapos o sukat.

Ang oksihenasyon sa hangin ay nagpapataas ng paglaban sa sunog hindi lamang bilang resulta ng oksihenasyon. Ang kontribusyon ay ginawa hindi lamang sa pamamagitan ng bahagyang dehydrogenation, kundi pati na rin ng intermolecular crosslinking at iba pang mga proseso. Bukod pa rito, nababawasan ang pagkamaramdamin ng materyal sa pagkatunaw at pag-volatilize ng mga carbon atom. Ang carbonization (sa yugto ng mataas na temperatura) ay sinamahan ng gasification at ang pagtakas ng lahat ng mga dayuhang atomo.

Ang kanilang kasunod na carbonization ay isinasagawa sa isang nitrogen na kapaligiran sa 1000 - 1500 degrees. Ang pinakamainam na antas ng pag-init, ayon sa isang bilang ng mga technologist, ay 1200 - 1400 degrees. Ang mataas na modulus fiber ay kailangang magpainit hanggang sa humigit-kumulang 2500 degrees. Sa paunang yugto, ang PAN ay tumatanggap ng isang ladder microstructure. Ang kondensasyon sa antas ng intramolecular, na sinamahan ng hitsura ng isang polycyclic aromatic substance, ay "responsable" para sa paglitaw nito.

Kung mas tumataas ang temperatura, magiging mas malaki ang istraktura ng uri ng paikot. Matapos ang pagtatapos ng paggamot sa init ayon sa teknolohiya, ang pag-aayos ng mga molekula o mga mabangong fragment ay tulad na ang mga pangunahing axes ay magiging parallel sa fiber axis. Pinipigilan ng pag-igting ang pagbagsak ng antas ng oryentasyon. Ang mga partikular na tampok ng PAN decomposition sa panahon ng heat treatment ay tinutukoy ng konsentrasyon ng mga grafted monomer. Ang bawat uri ng naturang mga hibla ay tumutukoy sa mga paunang kondisyon sa pagproseso.

Ang likidong kristal na petrolyo pitch ay kailangang itago nang mahabang panahon sa temperatura mula 350 hanggang 400 degrees. Ang mode na ito ay hahantong sa condensation ng polycyclic molecules. Tumataas ang kanilang masa, at unti-unting nangyayari ang pagdikit (na may pagbuo ng mga spherulite). Kung ang pag-init ay hindi huminto, ang mga spherulite ay lumalaki, ang molekular na timbang ay tumataas, at ang resulta ay ang pagbuo ng isang tuluy-tuloy na likidong mala-kristal na bahagi. Ang mga kristal ay paminsan-minsang natutunaw sa quinoline, ngunit kadalasan ay hindi sila natutunaw sa loob nito at sa pyridine (depende ito sa mga nuances ng teknolohiya).

Ang mga hibla na nakuha mula sa likidong kristal na pitch na may 55 - 65% na likidong kristal ay dumadaloy nang plastik. Ang pag-ikot ay isinasagawa sa 350 - 400 degrees. Ang isang highly oriented na istraktura ay nabuo sa pamamagitan ng paunang pag-init sa isang hangin na kapaligiran sa 200 - 350 degrees at kasunod na paghawak sa isang hindi gumagalaw na kapaligiran. Ang mga hibla ng tatak ng Thornel P-55 ay kailangang magpainit hanggang sa 2000 degrees, mas mataas ang modulus ng elasticity, mas mataas ang temperatura.

Kamakailan, ang mga gawaing pang-agham at inhinyero ay higit na binibigyang pansin ang teknolohiya gamit ang hydrogenation. Ang unang produksyon ng mga hibla ay kadalasang nagagawa sa pamamagitan ng hydrogenating ng pinaghalong coal tar pitch at naphthalic gum. Sa kasong ito, dapat na naroroon ang tetrahydroquinoline. Ang temperatura ng pagproseso ay 380 - 500 degrees. Ang mga solido ay maaaring alisin sa pamamagitan ng pagsasala at centrifuge; pagkatapos ay ang mga pitch ay makapal sa isang mataas na temperatura. Para sa paggawa ng carbon, kinakailangan na gumamit (depende sa teknolohiya) ng iba't ibang kagamitan:

• mga layer na namamahagi ng vacuum;
• mga bomba;
• sealing harnesses;
• mga talahanayan ng trabaho;
• mga bitag;
• conductive mesh;
• mga vacuum na pelikula;
• prepregs;
• mga autoclave.

Ang mga sumusunod na tagagawa ng carbon fiber ay nangunguna sa pandaigdigang merkado:

• Thornell, Fortafil at Celion (Estados Unidos);
• Grafil at Modmore (England);
• Kureha-Lone and Toreika (Japan);
• Mga Industriya ng Cytec;
• Hexcel;
• SGL Group;
• Toray Industries;
• Zoltek;
• Mitsubishi Rayon.

Ngayon ang carbon ay ginawa sa Russia:

• Chelyabinsk planta ng carbon at composite na materyales;
• Balakovo Carbon Production;
• NPK Khimprominzhiniring;
• Saratov enterprise "START".

Ginagamit ang carbon fiber para gumawa ng composite reinforcement. Karaniwan din itong gamitin upang makakuha ng:

• bi-directional na tela;
• mga tela ng taga-disenyo;
• biaxial at quadroaxial tissue;
• hindi pinagtagpi na tela;
• unidirectional tape;
• prepregs;
• panlabas na pampalakas;
• hibla;
• harnesses.

Ang isang medyo seryosong pagbabago ngayon ay infrared na mainit na sahig. Sa kasong ito, ang materyal ay ginagamit bilang isang kapalit para sa tradisyonal na metal wire. Maaari itong makabuo ng 3 beses na mas init, bilang karagdagan, ang pagkonsumo ng enerhiya ay nabawasan ng halos 50%. Ang mga mahilig sa pagmomodelo ng mga kumplikadong pamamaraan ay kadalasang gumagamit ng mga carbon tube na nakuha sa pamamagitan ng paikot-ikot. Ang mga produktong ito ay hinihiling din ng mga tagagawa ng mga kotse at iba pang kagamitan. Ang carbon fiber ay kadalasang ginagamit para sa hand brakes, halimbawa. Gayundin, batay sa materyal na ito, nakakakuha ang isang tao:

• mga bahagi para sa mga modelo ng sasakyang panghimpapawid;
• one-piece hoods;
• mga bisikleta;
• mga bahagi para sa pag-tune ng mga kotse at motorsiklo.

Ang mga panel ng carbon fabric ay 18% na mas matigas kaysa sa aluminyo at 14% na higit pa kaysa sa istrukturang bakal... Ang mga manggas batay sa materyal na ito ay kinakailangan upang makakuha ng mga tubo at tubo ng variable na cross-section, mga spiral na produkto ng iba't ibang mga profile. Ginagamit din ang mga ito para sa paggawa at pagkumpuni ng mga golf club. Ito rin ay nagkakahalaga ng pagturo ng paggamit nito. sa paggawa ng mga partikular na matibay na kaso para sa mga smartphone at iba pang mga gadget. Ang mga naturang produkto ay karaniwang may premium na katangian at may pinahusay na mga katangiang pampalamuti.

Tulad ng para sa dispersed graphite-type na pulbos, ito ay kinakailangan:

• kapag tumatanggap ng mga electrically conductive coatings;
• kapag naglalabas ng pandikit ng iba't ibang uri;
• kapag nagpapatibay ng mga hulma at ilang iba pang bahagi.

Ang carbon fiber putty ay mas mahusay kaysa sa tradisyonal na putty sa maraming paraan. Ang kumbinasyong ito ay pinahahalagahan ng maraming eksperto para sa plasticity at mekanikal na lakas nito. Ang komposisyon ay angkop para sa pagtatakip ng malalim na mga depekto. Ang mga carbon rod o rod ay matibay, magaan at pangmatagalan. Ang ganitong materyal ay kinakailangan para sa:

• abyasyon;
• industriya ng rocket;
• pagpapalabas ng mga kagamitang pang-sports.

Sa pamamagitan ng pyrolysis ng mga carboxylic acid salts, maaaring makuha ang mga ketone at aldehydes.Ang mahusay na mga katangian ng thermal ng carbon fiber ay nagpapahintulot na magamit ito sa mga heater at heating pad. Ang ganitong mga heater:

• matipid;
• maaasahan;
• ay nakikilala sa pamamagitan ng kahanga-hangang kahusayan;
• huwag kumalat ng mapanganib na radiation;
• medyo compact;
• ganap na awtomatiko;
• pinatatakbo nang walang mga hindi kinakailangang problema;
• huwag magpakalat ng kakaibang ingay.

Ang carbon-carbon composites ay ginagamit sa paggawa ng:

• mga suporta para sa mga crucibles;
• tapered na bahagi para sa vacuum melting furnaces;
• tubular na bahagi para sa kanila.

Ang mga karagdagang lugar ng aplikasyon ay kinabibilangan ng:

• gawang bahay na mga kutsilyo;
• gamitin para sa isang talulot balbula sa engine;
• gamitin sa konstruksyon.

Matagal nang ginagamit ng mga modernong tagabuo ang materyal na ito hindi lamang para sa panlabas na pampalakas. Kailangan din itong palakasin ang mga bahay na bato at swimming pool. Ang nakadikit na reinforcing layer ay nagpapanumbalik ng mga katangian ng mga suporta at beam sa mga tulay. Ginagamit din ito kapag lumilikha ng mga septic tank at nag-frame ng natural, artipisyal na mga reservoir, kapag nagtatrabaho sa isang caisson at isang silo pit.

Sa susunod na video ay makakahanap ka ng higit pang impormasyon sa paggawa ng carbon fiber.