Serat Karbon: Teknologi Pengeluaran Serat Karbon Di Rusia, Pemanasan Dempul Dan Lantai Bawah Dengan Serat Karbon, Ketumpatan Dan Ciri-ciri Serat Karbon

2024 Pengarang: Beatrice Philips | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-09 13:37

Mengetahui segala-galanya mengenai serat karbon sangat penting bagi setiap orang moden. Memahami teknologi pengeluaran karbon di Rusia, ketumpatan dan ciri-ciri lain dari serat karbon, akan lebih mudah untuk memahami skop aplikasinya dan membuat pilihan yang tepat. Di samping itu, anda harus mengetahui segala-galanya mengenai pemanasan dempul dan lantai bawah dengan serat karbon, mengenai pengeluar asing produk ini dan mengenai pelbagai bidang aplikasi.

Kekhususan

Nama serat karbon dan serat karbon, dan dalam sebilangan sumber juga serat karbon, sangat biasa. Tetapi idea mengenai ciri-ciri sebenar bahan-bahan ini dan kemungkinan penggunaannya sangat berbeza bagi banyak orang. Dari sudut teknikal, bahan ini dipasang dari benang dengan keratan rentas tidak kurang dari 5 dan tidak lebih daripada 15 mikron … Hampir semua komposisi terdiri daripada atom karbon - maka namanya. Atom-atom ini sendiri dikelompokkan menjadi kristal garing yang membentuk garis selari.

Reka bentuk ini memberikan kekuatan tegangan yang sangat tinggi. Serat karbon bukanlah penemuan yang sama sekali baru . Sampel pertama bahan serupa diterima dan digunakan oleh Edison. Kemudian, pada pertengahan abad kedua puluh, serat karbon mengalami kebangkitan semula - dan sejak itu penggunaannya terus meningkat.

Serat karbon kini dibuat dari bahan mentah yang sangat berbeza - dan oleh itu sifatnya boleh berbeza-beza.

Komposisi dan sifat fizikal

Yang paling penting dari ciri serat karbon tetap ada ketahanan haba yang luar biasa … Walaupun bahan tersebut dipanaskan hingga 1600 - 2000 darjah, maka ketiadaan oksigen di persekitaran parameternya tidak akan berubah. Ketumpatan bahan ini, bersama dengan yang biasa, juga linear (diukur dalam apa yang disebut tex). Dengan ketumpatan linear 600 tex, jisim 1 km web akan menjadi 600 g. Dalam banyak kes, modulus elastik bahan, atau, seperti yang mereka katakan, modulus Young, juga sangat penting.

Untuk serat berkekuatan tinggi, angka ini berkisar antara 200 hingga 250 GPa. Serat karbon modulus tinggi yang dibuat berdasarkan PAN mempunyai modulus elastik sekitar 400 GPa. Untuk penyelesaian kristal cecair, parameter ini boleh berbeza dari 400 hingga 700 GPa. Modulus elastik dikira berdasarkan anggaran nilainya ketika kristal grafit individu diregangkan. Orientasi satah atom ditentukan menggunakan analisis difraksi sinar-X.

Ketegangan permukaan lalai ialah 0.86 N / m. Semasa memproses bahan untuk mendapatkan serat logam-komposit, angka ini meningkat kepada 1.0 N / m . Pengukuran dengan kaedah pendakian kapilari membantu menentukan parameter yang sesuai. Suhu lebur serat berdasarkan petroleum adalah 200 darjah. Putaran berlaku sekitar 250 darjah; takat lebur serat jenis lain secara langsung bergantung kepada komposisi mereka.

Lebar maksimum kain karbon bergantung pada keperluan dan nuansa teknologi. Bagi banyak pengeluar, ia adalah 100 atau 125 cm. Bagi kekuatan paksi, ia sama dengan:

• untuk produk berkekuatan tinggi berdasarkan PAN dari 3000 hingga 3500 MPa;
• untuk gentian dengan pemanjangan yang ketara, dengan ketat 4500 MPa;
• untuk bahan modulus tinggi dari 2000 hingga 4500 MPa.

Pengiraan teori kestabilan kristal di bawah daya tegangan ke arah satah atom kisi memberikan nilai anggaran 180 GPa. Had praktikal yang diharapkan adalah 100 GPa. Walau bagaimanapun, eksperimen belum mengesahkan kehadiran tahap lebih dari 20 GPa. Kekuatan sebenar serat karbon dibatasi oleh kecacatan mekanikal dan nuansa proses pembuatannya. Kekuatan tegangan bahagian dengan panjang 1/10 mm yang ditetapkan dalam kajian praktikal adalah dari 9 hingga 10 GPa.

Serat karbon T30 memerlukan perhatian khusus . Bahan ini digunakan terutamanya dalam pengeluaran batang. Penyelesaian ini dibezakan oleh ringan dan keseimbangan yang sangat baik. Indeks T30 menunjukkan modulus keanjalan 30 tan.

Proses pembuatan yang lebih kompleks membolehkan anda mendapatkan produk tahap T35 dan sebagainya.

Teknologi pengeluaran

Serat karbon boleh dibuat dari pelbagai jenis polimer. Mod pemprosesan menentukan dua jenis utama bahan tersebut - jenis berkarbonat dan grafik. Terdapat perbezaan penting antara serat yang berasal dari PAN dan jenis nada yang berbeza. Serat karbon berkualiti, baik kekuatan tinggi dan modulus tinggi, boleh mempunyai tahap kekerasan dan modulus yang berbeza . Sudah menjadi kebiasaan untuk merujuknya ke jenama yang berbeza.

Serat dibuat dalam format filamen atau bundle. Mereka terbentuk dari 1000 hingga 10000 filamen berterusan. Kain dari gentian ini juga boleh dibuat, seperti tali tunda (dalam kes ini, bilangan filamen lebih besar). Bahan mentah permulaan bukan hanya serat sederhana, tetapi juga permukaan kristal cair, dan juga poliakrilonitril. Proses pengeluaran pertama kali menunjukkan pengeluaran gentian asli, dan kemudian dipanaskan di udara pada suhu 200 - 300 darjah.

Dalam kes PAN, proses ini disebut pretreatment atau peningkatan ketahanan api. Selepas prosedur seperti itu, padang mendapat harta benda yang penting seperti infusibility. Seratnya dioksidakan sebahagian. Mod pemanasan selanjutnya menentukan sama ada mereka akan tergolong dalam kumpulan berkarbonat atau grafit . Akhir kerja bermaksud memberi permukaan sifat yang diperlukan, setelah itu selesai atau diukur.

Pengoksidaan di udara meningkatkan ketahanan api bukan hanya sebagai hasil pengoksidaan. Sumbangan itu dibuat bukan hanya dengan dehidrogenasi separa, tetapi juga dengan penyambungan silang antara molekul dan proses lain. Selain itu, kerentanan bahan terhadap pencairan dan penguapan atom karbon dikurangkan. Karbonisasi (dalam fasa suhu tinggi) disertai dengan gasifikasi dan pelarian semua atom asing.

Serat PAN dipanaskan hingga 200 - 300 darjah dengan kehadiran udara menjadi hitam.

Pengkarbonan selanjutnya dilakukan dalam lingkungan nitrogen pada suhu 1000 - 1500 darjah. Tahap pemanasan optimum, menurut sebilangan ahli teknologi, adalah 1200 - 1400 darjah . Serat modulus tinggi harus dipanaskan hingga sekitar 2500 darjah. Pada peringkat awal, PAN menerima struktur mikro tangga. Pemeluwapan pada tahap intramolekul, disertai dengan kemunculan bahan aromatik polisiklik, "bertanggungjawab" atas kejadiannya.

Semakin meningkat suhu, semakin besar struktur jenis kitaran . Selepas akhir rawatan haba mengikut teknologi, susunan molekul atau serpihan aromatik sedemikian rupa sehingga sumbu utama akan selari dengan paksi serat. Ketegangan menghalang tahap orientasi jatuh. Ciri khas penguraian PAN semasa rawatan haba ditentukan oleh kepekatan monomer yang dicangkokkan. Setiap jenis gentian tersebut menentukan keadaan pemprosesan awal.

Gelang minyak kristal cecair perlu dijaga pada suhu 350 hingga 400 darjah untuk jangka masa yang panjang. Mod ini akan menyebabkan pemeluwapan molekul polisiklik. Jisim mereka bertambah, dan melekat bersama secara beransur-ansur berlaku (dengan pembentukan spherulites). Sekiranya pemanasan tidak berhenti, sferulit tumbuh, berat molekul meningkat, dan hasilnya adalah pembentukan fasa kristal cecair berterusan . Kristal kadang-kadang larut dalam quinoline, tetapi biasanya ia tidak larut di dalamnya dan di dalam piridin (ini bergantung pada nuansa teknologi).

Serat yang diperoleh dari nada kristal cair dengan kristal cecair 55 - 65% mengalir secara plastik. Pemintalan dilakukan pada suhu 350 - 400 darjah. Struktur yang sangat berorientasi terbentuk dengan pemanasan awal di atmosfer udara pada suhu 200 - 350 darjah dan seterusnya menahan dalam suasana lengai. Serat dari jenama Thornel P-55 mesti dipanaskan hingga 2000 darjah, semakin tinggi modulus keanjalan, semakin tinggi suhu.

Baru-baru ini, karya ilmiah dan kejuruteraan memberi perhatian lebih kepada teknologi menggunakan hidrogenasi. Pengeluaran awal serat sering dilakukan dengan menghidrogenasi campuran aras tar arang batu dan gusi naftal. Dalam kes ini, tetrahydroquinoline mesti ada . Suhu pemprosesan adalah 380 - 500 darjah. Pepejal boleh dikeluarkan dengan penapisan dan empar; maka nada ditebal pada suhu tinggi. Untuk pengeluaran karbon, perlu menggunakan (bergantung pada teknologi) pelbagai peralatan:

• lapisan yang mengedarkan vakum;
• pam;
• abah-abah kedap;
• jadual kerja;
• perangkap;
• mesh konduktif;
• filem vakum;
• prepreg;
• autoklaf.

Kajian Pasaran

Pengilang serat karbon berikut menerajui pasaran global:

• Thornell, Fortafil dan Celion (Amerika Syarikat);
• Grafil dan Modmore (England);
• Kureha-Lone dan Toreika (Jepun);
• Industri Cytec;
• Hexcel;
• Kumpulan SGL;
• Toray Industries;
• Zoltek;
• Mitsubishi Rayon.

Hari ini karbon dihasilkan di Rusia:

• Loji karbon dan bahan komposit Chelyabinsk;
• Pengeluaran Karbon Balakovo;
• NPK Khimprominzhiniring;
• Syarikat Saratov "MULAI".

Produk dan aplikasi

Serat karbon digunakan untuk membuat tetulang komposit. Biasa juga menggunakannya untuk mendapatkan:

• fabrik dua arah;
• kain pereka;
• tisu biaxial dan quadroaxial;
• kain bukan tenunan;
• pita searah;
• prepreg;
• tetulang luaran;
• serat;
• abah.

Inovasi yang agak serius sekarang adalah lantai hangat inframerah . Dalam kes ini, bahan tersebut digunakan sebagai pengganti wayar logam tradisional. Ia dapat menghasilkan 3 kali lebih banyak haba, di samping itu, penggunaan tenaga dikurangkan sekitar 50%. Pencinta teknik kompleks pemodelan sering menggunakan tiub karbon yang diperoleh dengan cara berliku. Produk ini juga diminati oleh pengeluar kereta dan peralatan lain. Serat karbon sering digunakan untuk brek tangan, misalnya. Berdasarkan bahan ini, dapatkan:

• bahagian untuk model pesawat;
• tudung sehelai;
• basikal;
• bahagian untuk menala kereta dan motosikal.

Panel kain karbon 18% lebih kaku daripada aluminium dan 14% lebih banyak daripada keluli struktur … Lengan berdasarkan bahan ini diperlukan untuk mendapatkan paip dan tiub keratan rentas berubah-ubah, produk spiral dari pelbagai profil. Mereka juga digunakan untuk produksi dan pembaikan kelab golf. Ia juga perlu diperhatikan penggunaannya. dalam pengeluaran kes tahan lama terutamanya untuk telefon pintar dan alat lain . Produk seperti ini biasanya mempunyai kualiti premium dan mempunyai kualiti hiasan yang lebih baik.

Adapun serbuk jenis grafit tersebar, diperlukan:

• semasa menerima lapisan konduktif elektrik;
• semasa melepaskan gam pelbagai jenis;
• semasa mengukuhkan acuan dan beberapa bahagian lain.

Dempul serat karbon lebih baik daripada dempul tradisional dalam beberapa cara. Gabungan ini dihargai oleh banyak pakar kerana keplastikan dan kekuatan mekanikalnya. Komposisi ini sesuai untuk menutupi kecacatan yang mendalam. Batang atau batang karbon kuat, ringan dan tahan lama. Bahan sedemikian diperlukan untuk:

• penerbangan;
• industri roket;
• pelepasan peralatan sukan.

Dengan pirolisis garam asid karboksilat, keton dan aldehid dapat diperoleh. Sifat haba yang sangat baik dari serat karbon membolehkannya digunakan dalam pemanas dan pad pemanasan. Pemanas seperti itu:

• menjimatkan;
• dipercayai;
• dibezakan dengan kecekapan yang mengagumkan;
• jangan menyebarkan sinaran berbahaya;
• agak padat;
• automatik sempurna;
• dikendalikan tanpa masalah yang tidak perlu;
• jangan menyebarkan bunyi luar.

Komposit karbon-karbon digunakan dalam pengeluaran:

• sokongan untuk sari;
• bahagian tirus untuk relau lebur vakum;
• bahagian tiub untuk mereka.

Kawasan permohonan tambahan merangkumi:

• pisau buatan sendiri;
• gunakan untuk injap kelopak pada enjin;
• gunakan dalam pembinaan.

Pembina moden telah lama menggunakan bahan ini bukan hanya untuk pengukuhan luaran. Ia juga diperlukan untuk memperkuat rumah batu dan kolam renang. Lapisan penguat yang dilekatkan mengembalikan kualiti penyokong dan balok pada jambatan. Ia juga digunakan ketika membuat tangki septik dan membingkai takungan buatan semula jadi, ketika bekerja dengan caisson dan silo pit.

Anda juga boleh membaiki pemegang alat, memperbaiki paip, memperbaiki kaki perabot, selang, pemegang, sarung peralatan, kusen tingkap dan tingkap PVC.