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

2024 Autor: Beatrice Philips | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-09 13:24

Poznavanje svega o ugljičnim vlaknima vrlo je važno za svaku modernu osobu. Razumijevajući tehnologiju proizvodnje ugljika u Rusiji, gustoću i druge karakteristike ugljičnih 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 raznim područjima primjene.

Osobitosti

Nazivi ugljična vlakna i ugljična vlakna, a u nizu izvora i ugljična vlakna, vrlo su česti. No predodžba o stvarnim karakteristikama ovih materijala i mogućnostima njihove uporabe za mnoge je ljude prilično različita. S tehničkog gledišta, ovaj materijal sastavljen je od niti s presjekom od najmanje 5 i ne više od 15 mikrona … Gotovo cijeli sastav sastoji se od atoma ugljika - otuda i naziv. Ti su atomi grupirani u hrskave kristale koji tvore paralelne crte.

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, ugljična 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 fizikalna svojstva

Najvažnije od karakteristika ugljičnih vlakana ostaju njegove izuzetna otpornost na toplinu … Čak i ako se tvar zagrije do 1600 - 2000 stupnjeva, tada se u nedostatku kisika u okolišu njeni parametri neće promijeniti. Gustoća ovog materijala, zajedno s uobičajenim, također je linearna (mjereno u tzv. Texu). 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 brojka kreće od 200 do 250 GPa. Ugljična 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 utvrđuje se pomoću analize difrakcije X-zraka.

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 odrediti odgovarajući parametar. Temperatura taljenja vlakana na temelju naftnih smola je 200 stupnjeva. Predenje se odvija na oko 250 stupnjeva; talište drugih vrsta vlakana izravno 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 istezanjem, strogo 4500 MPa;
• za visoko modularne materijale od 2000 do 4500 MPa.

Teoretski izračuni stabilnosti kristala pod vlačnom silom prema atomskoj ravnini rešetke daju procijenjenu vrijednost od 180 GPa. Očekivano praktično ograničenje je 100 GPa. Međutim, pokusi još nisu potvrdili prisutnost razine veće od 20 GPa. Stvarna čvrstoća ugljikovih 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 pozornost . Ovaj materijal se uglavnom koristi u proizvodnji šipki. Ovo rješenje odlikuje se lakoćom i izvrsnom ravnotežom. Indeks T30 označava modul elastičnosti od 30 tona.

Složeniji proizvodni procesi omogućuju vam da dobijete proizvod razine 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 grafitizirane vrste. Postoji važna razlika između vlakana izvedenih iz PAN -a i različitih vrsta koraka. Kvalitetna ugljična vlakna, visoke čvrstoće i visokog modula, mogu imati različite razine tvrdoće i modula . Uobičajeno je da ih se upućuje na različite robne marke.

Vlakna se izrađuju u obliku niti ili snopova. Formirani su od 1000 do 10000 kontinuiranih niti. Tkanine od ovih vlakana također se mogu izrađivati, 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 stupnjeva.

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

Oksidacija u zraku povećava otpornost na požar ne samo kao posljedica oksidacije. Doprinos se ne daje samo djelomičnom dehidrogenacijom, već i međumolekulskim umrežavanjem i drugim procesima. Dodatno, smanjuje se osjetljivost materijala na taljenje i isparavanje ugljikovih atoma. Karbonizacija (u fazi visoke temperature) popraćena je rasplinjavanjem i bijegom svih stranih atoma.

PAN vlakna zagrijana na 200 - 300 stupnjeva u prisutnosti zraka pocrne.

Njihova naknadna karbonizacija provodi se u dušikovom okruženju na 1000 - 1500 stupnjeva. Optimalna razina grijanja, prema nizu tehnologa, iznosi 1200 - 1400 stupnjeva . Vlakna visokog modula morat će se zagrijati do oko 2500 stupnjeva. U preliminarnoj fazi, PAN prima mikrostrukturu ljestava. Kondenzacija na intramolekularnoj razini, popraćena pojavom policiklične aromatične tvari, "odgovorna" je za njezinu pojavu.

Što temperatura više raste, struktura cikličkog tipa bit će 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 stupnja orijentacije. Posebne značajke raspadanja PAN -a tijekom 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 stupnjeva. Ovaj način će dovesti do kondenzacije policikličkih molekula. Njihova se masa povećava, a postupno se slijepi (stvaranjem sferulita). Ako zagrijavanje ne prestane, sferuliti rastu, molekularna 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 iz smole tekućih kristala s 55 - 65% tekućih kristala teku plastično. Predenje se vrši na 350 - 400 stupnjeva. 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 viša.

U posljednje vrijeme znanstveni i inženjerski radovi posvećuju sve više pozornosti tehnologiji koja koristi hidrogeniranje. Početna proizvodnja vlakana često se postiže hidrogeniranjem smjese katrana i naftalinske gume. U tom bi slučaju trebao biti prisutan tetrahidrokvinolin . Temperatura obrade je 380 - 500 stupnjeva. Krutine se mogu ukloniti filtriranjem i centrifugiranjem; tada se parcele zadebljavaju na povišenoj temperaturi. Za proizvodnju ugljika potrebno je (ovisno o tehnologiji) koristiti prilično raznoliku opremu:

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

Pregled tržišta

Sljedeći proizvođači ugljičnih vlakana vodeći su na svjetskom tržištu:

• Thornell, Fortafil i Celion (Sjedinjene Države);
• Grafil i Modmore (Engleska);
• Kureha-Lone i Toreika (Japan);
• Cytec Industries;
• Hexcel;
• SGL Grupa;
• 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 poduzeće "START".

Proizvodi i aplikacije

Ugljična vlakna koriste se za izradu kompozitnih armatura. Također je uobičajeno koristiti ga za dobivanje:

• dvosmjerne tkanine;
• dizajnerske tkanine;
• dvoosno i četveroosno tkivo;
• tkanina bez tkanja;
• jednosmjerna traka;
• preprezi;
• vanjsko pojačanje;
• vlakno;
• uprtači.

Sada je to prilično ozbiljna inovacija infracrveni topli pod . U tom se slučaju materijal koristi kao zamjena za tradicionalnu metalnu žicu. Može generirati 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 često se koriste, na primjer, za ručne kočnice. Također, na temelju ovog materijala, nabavite:

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

Ploče od ugljične tkanine 18% su 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. Također se koriste za proizvodnju i popravak palica za golf. Također je vrijedno istaknuti njegovu upotrebu. u proizvodnji posebno izdržljivih futrola za pametne telefone i druge gadgete . Takvi su proizvodi obično 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 mnogi stručnjaci cijene zbog svoje plastičnosti i mehaničke čvrstoće. Sastav je prikladan 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 ugljičnih vlakana omogućuju njegovu upotrebu u grijačima i jastučićima za zagrijavanje. Takvi grijači:

• ekonomičan;
• pouzdan;
• odlikuju se impresivnom učinkovitošću;
• ne šire opasno zračenje;
• relativno kompaktan;
• savršeno automatiziran;
• radio bez nepotrebnih problema;
• ne širite vanjsku buku.

Ugljik-ugljični kompoziti koriste se u proizvodnji:

• nosači za lončiće;
• suženi dijelovi za peći za vakuumsko taljenje;
• cjevasti dijelovi za njih.

Dodatna područja primjene uključuju:

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

Suvremeni graditelji dugo su koristili ovaj materijal ne samo za vanjsko pojačanje. 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 u silosu.

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