Alt om karbonfiber

Å vite alt om karbonfiber er veldig viktig for enhver moderne person. Forstå teknologien for karbonproduksjon i Russland, tetthet og andre egenskaper ved karbonfiber, vil det være lettere å forstå omfanget av applikasjonen og ta det riktige valget. I tillegg bør du finne ut alt om sparkel og gulvvarme med karbonfiber, om utenlandske produsenter av dette produktet og om ulike bruksområder.

Navnene karbonfiber og karbonfiber, og i en rekke kilder også karbonfiber, er svært vanlige. Men ideen om de faktiske egenskapene til disse materialene og mulighetene for deres bruk er ganske annerledes for mange mennesker. Fra et teknisk synspunkt, dette materialet er satt sammen av tråder med et tverrsnitt på minst 5 og ikke mer enn 15 mikron... Nesten hele sammensetningen består av karbonatomer - derav navnet. Disse atomene i seg selv er gruppert i skarpe krystaller som danner parallelle linjer.

Denne utformingen gir svært høy strekkfasthet. Karbonfiber er ikke en helt ny oppfinnelse. De første prøvene av et lignende materiale ble mottatt og brukt av Edison. Senere, på midten av det tjuende århundre, fikk karbonfiber en renessanse – og siden har bruken stadig økt.

Den viktigste av egenskapene til karbonfiber forblir dens eksepsjonell varmebestandighet... Selv om stoffet varmes opp til 1600 - 2000 grader, vil parameterne ikke endres i fravær av oksygen i miljøet. Tettheten til dette materialet, sammen med det vanlige, er også lineært (målt i den såkalte tex). Med en lineær tetthet på 600 tex vil massen til 1 km bane være 600 g. I mange tilfeller er elastisitetsmodulen til materialet, eller, som de sier, Youngs modul, også kritisk viktig.

For fiber med høy styrke varierer dette tallet fra 200 til 250 GPa. Høymodul karbonfiber laget på basis av PAN har en elastisitetsmodul på omtrent 400 GPa. For flytende krystallløsninger kan denne parameteren variere fra 400 til 700 GPa. Elastisk modulen beregnes basert på estimat av dens verdi når individuelle grafittkrystaller strekkes. Orienteringen av atomplanene etableres ved hjelp av røntgendiffraksjonsanalyse.

Standard overflatespenning er 0,86 N/m. Ved behandling av materialet for å oppnå en metallkomposittfiber, stiger dette tallet til 1,0 N / m. Målingen med kapillæroppstigningsmetoden hjelper til med å bestemme den tilsvarende parameteren. Smeltetemperaturen til fibre basert på petroleumsbek er 200 grader. Spinning foregår ved ca 250 grader; smeltepunktet til andre typer fibre avhenger direkte av deres sammensetning.

Maksimal bredde på karbonduker avhenger av teknologiske krav og nyanser. For mange produsenter er det 100 eller 125 cm. Når det gjelder aksialstyrken, vil den være lik:

• for høystyrkeprodukter basert på PAN fra 3000 til 3500 MPa;
• for fibre med betydelig forlengelse, strengt tatt 4500 MPa;
• for høymodulmateriale fra 2000 til 4500 MPa.

Teoretiske beregninger av stabiliteten til en krystall under en strekkkraft mot gitterets atomplan gir en estimert verdi på 180 GPa.Forventet praktisk grense er 100 GPa. Imidlertid har eksperimenter ennå ikke bekreftet tilstedeværelsen av et nivå på mer enn 20 GPa. Den virkelige styrken til karbonfiber er begrenset av dens mekaniske defekter og nyansene i produksjonsprosessen. Strekkfastheten til en seksjon med lengde 1/10 mm etablert i praktiske studier vil være fra 9 til 10 GPa.

T30 karbonfiber fortjener spesiell oppmerksomhet. Dette materialet brukes hovedsakelig i produksjon av stenger. Denne løsningen utmerker seg ved sin letthet og utmerkede balanse. T30-indeksen angir en elastisitetsmodul på 30 tonn.

Karbonfiber kan lages av en lang rekke polymertyper. Behandlingsmodusen bestemmer to hovedtyper av slike materialer - karboniserte og grafitiserte typer. Et viktig skille eksisterer mellom fiber avledet fra PAN og forskjellige tonehøydetyper. Kvalitetskarbonfibre, i både høystyrke- og høymodulkvaliteter, kan ha ulike nivåer av hardhet og modul. Det er vanlig å henvise dem til forskjellige merker.

Fibre er laget i filament- eller buntformat. De er dannet fra 1000 til 10000 kontinuerlige filamenter. Vev fra disse fibrene kan også lages, som sleper (i dette tilfellet er antallet filamenter enda større). Utgangsråmaterialet er ikke bare enkle fibre, men også flytende krystallbeger, samt polyakrylnitril. Produksjonsprosessen innebærer først produksjon av de originale fibrene, og deretter varmes de opp i luft ved 200 - 300 grader.

Når det gjelder PAN, kalles denne prosessen forbehandling eller brannmotstandsforbedring. Etter en slik prosedyre får pitch en så viktig egenskap som infusibility. Fibrene er delvis oksidert. Modusen for videre oppvarming avgjør om de vil tilhøre den karboniserte eller grafittiserte gruppen. Slutten av arbeidet innebærer å gi overflaten de nødvendige egenskapene, hvoretter den er ferdig eller dimensjonert.

Oksidasjon i luft øker brannmotstanden ikke bare som følge av oksidasjon. Bidraget gis ikke bare ved delvis dehydrogenering, men også ved intermolekylær tverrbinding og andre prosesser. I tillegg reduseres materialets mottakelighet for smelting og fordampning av karbonatomer. Karbonisering (i høytemperaturfasen) er ledsaget av gassifisering og rømming av alle fremmede atomer.

Deres påfølgende karbonisering utføres i et nitrogenmiljø ved 1000 - 1500 grader. Det optimale oppvarmingsnivået, ifølge en rekke teknologer, er 1200 - 1400 grader. Fiber med høy modul vil måtte varmes opp til ca. 2500 grader. På det foreløpige stadiet mottar PAN en stigemikrostruktur. Kondensering på intramolekylært nivå, ledsaget av utseendet til en polysyklisk aromatisk substans, er "ansvarlig" for dens forekomst.

Jo mer temperaturen stiger, jo større vil strukturen til den sykliske typen være. Etter slutten av varmebehandlingen i henhold til teknologien, er arrangementet av molekyler eller aromatiske fragmenter slik at hovedaksene vil være parallelle med fiberaksen. Spenningen forhindrer fall av orienteringsgraden. De spesifikke egenskapene til PAN-dekomponering under varmebehandling bestemmes av konsentrasjonen av podede monomerer. Hver type slike fibre bestemmer de innledende bearbeidingsbetingelsene.

Flytende krystallinsk petroleumsbek må holdes ved temperaturer fra 350 til 400 grader i lang tid. Denne modusen vil føre til kondensering av polysykliske molekyler. Deres masse øker, og adhesjon oppstår gradvis (med dannelse av sfærulitter). Hvis oppvarmingen ikke stopper, vokser sfærulittene, molekylvekten øker, og resultatet er dannelsen av en kontinuerlig flytende krystallinsk fase. Krystaller er tidvis løselige i kinolin, men vanligvis løses de ikke opp både i det og i pyridin (dette avhenger av nyansene i teknologien).

Fibre oppnådd fra flytende krystallbek med 55 - 65 % flytende krystaller flyter plastisk. Spinning utføres ved 350 - 400 grader. En svært orientert struktur dannes ved innledende oppvarming i en luftatmosfære ved 200 - 350 grader og etterfølgende holde i en inert atmosfære. Fibre av merket Thornel P-55 må varmes opp til 2000 grader, jo høyere elastisitetsmodul, jo høyere bør temperaturen være.

Nylig har vitenskapelige og ingeniørfaglige arbeider mer og mer oppmerksomhet til teknologien som bruker hydrogenering. Den første produksjonen av fibre oppnås ofte ved å hydrogenere en blanding av kulltjærebek og naftalgummi. I dette tilfellet bør tetrahydrokinolin være tilstede. Behandlingstemperaturen er 380 - 500 grader. Faste stoffer kan fjernes ved filtrering og sentrifugering; deretter blir banene tykkere ved forhøyet temperatur. For produksjon av karbon er det nødvendig å bruke (avhengig av teknologien) en rekke forskjellige utstyr:

• lag som fordeler vakuum;
• pumper;
• forseglingsseler;
• arbeidsbord;
• feller;
• ledende maskenett;
• vakuum filmer;
• prepregs;
• autoklaver.

Følgende karbonfiberprodusenter er ledende på det globale markedet:

• Thornell, Fortafil og Celion (USA);
• Grafil og Modmore (England);
• Kureha-Lon og Toreika (Japan);
• Cytec Industries;
• Hexcel;
• SGL Group;
• Toray Industries;
• Zoltek;
• Mitsubishi Rayon.

I dag produseres karbon i Russland:

• Chelyabinsk anlegg av karbon og komposittmaterialer;
• Balakovo Carbon Produksjon;
• NPK Khimprominzhiniring;
• Saratov-bedrift "START".

Karbonfiber brukes til å lage komposittarmering. Det er også vanlig å bruke det for å få:

• toveis stoff;
• designer stoffer;
• biaksialt og kvadroaksialt vev;
• ikke-vevd stoff;
• ensrettet tape;
• prepregs;
• ekstern forsterkning;
• fiber;
• seler.

En ganske alvorlig innovasjon nå er infrarødt varmt gulv. I dette tilfellet brukes materialet som en erstatning for den tradisjonelle metalltråden. Den kan generere 3 ganger mer varme, i tillegg reduseres energiforbruket med ca 50%. Elskere av å modellere komplekse teknikker bruker ofte karbonrør oppnådd ved vikling. Disse produktene er også etterspurt av produsenter av biler og annet utstyr. Karbonfiber brukes ofte til for eksempel håndbremser. Basert på dette materialet får du også:

• deler til flymodeller;
• ett stykke hetter;
• sykler;
• deler for tuning av biler og motorsykler.

Karbonstoffpaneler er 18 % stivere enn aluminium og 14 % mer enn konstruksjonsstål... Hylser basert på dette materialet er nødvendig for å oppnå rør og rør med variabelt tverrsnitt, spiralprodukter av forskjellige profiler. De brukes også til produksjon og reparasjon av golfkøller. Det er også verdt å påpeke bruken. i produksjon av spesielt slitesterke deksler til smarttelefoner og andre dingser. Slike produkter er vanligvis av førsteklasses karakter og har forbedrede dekorative egenskaper.

Når det gjelder det dispergerte pulveret av grafitttype, er det nødvendig:

• når du mottar elektrisk ledende belegg;
• når du slipper lim av forskjellige typer;
• ved forsterkning av former og noen andre deler.

Karbonfiberkitt er bedre enn tradisjonell sparkel på en rekke måter. Denne kombinasjonen er verdsatt av mange eksperter for sin plastisitet og mekaniske styrke. Sammensetningen er egnet for å dekke dype defekter. Karbonstenger eller stenger er sterke, lette og varer lenge. Slikt materiale er nødvendig for:

• luftfart;
• rakettindustrien;
• utgivelse av sportsutstyr.

Ved pyrolyse av karboksylsyresalter kan ketoner og aldehyder oppnås.De utmerkede termiske egenskapene til karbonfiber gjør at den kan brukes i varmeovner og varmeputer. Slike varmeovner:

• økonomisk;
• pålitelig;
• kjennetegnes ved imponerende effektivitet;
• ikke spre farlig stråling;
• relativt kompakt;
• perfekt automatisert;
• operert uten unødvendige problemer;
• ikke spre fremmed støy.

Karbon-karbon-kompositter brukes i produksjonen av:

• støtter for digler;
• koniske deler for vakuumsmelteovner;
• rørformede deler for dem.

Ytterligere bruksområder inkluderer:

• hjemmelagde kniver;
• bruk for en kronbladventil på motorer;
• bruk i konstruksjon.

Moderne byggherrer har lenge brukt dette materialet ikke bare for ekstern forsterkning. Det er også nødvendig for å styrke steinhus og svømmebasseng. Det limte forsterkningslaget gjenoppretter kvalitetene til støtter og bjelker i broer. Den brukes også når du lager septiktanker og rammer inn naturlige, kunstige reservoarer, når du arbeider med en caisson og en silogrop.

I neste video finner du mer informasjon om produksjon av karbonfiber.