Ogljikova Vlakna: Tehnologija Proizvodnje Ogljikovih Vlaken V Rusiji, Kiti In Talno Ogrevanje Z Ogljikovimi Vlakni, Gostota In Značilnosti Ogljikovih Vlaken

2024 Avtor: Beatrice Philips | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-09 13:44

Poznavanje vsega o ogljikovih vlaknih je za vsakega sodobnega človeka zelo pomembno. Razumevanje tehnologije proizvodnje ogljika v Rusiji, gostote in drugih značilnosti ogljikovih vlaken bo lažje razumeti obseg njegove uporabe in narediti pravo izbiro. Poleg tega bi morali izvedeti vse o kitu in talnem ogrevanju z ogljikovimi vlakni, o tujih proizvajalcih tega izdelka in o različnih področjih uporabe.

Posebnosti

Imena ogljikova vlakna in ogljikova vlakna ter v številnih virih tudi ogljikova vlakna so zelo pogosta. Toda ideja o dejanskih značilnostih teh materialov in možnostih njihove uporabe je za marsikoga precej drugačna. S tehničnega vidika, ta material je sestavljen iz niti s prečnim prerezom najmanj 5 in največ 15 mikronov … Skoraj vsa sestava je sestavljena iz ogljikovih atomov - od tod tudi ime. Ti atomi so združeni v hrustljave kristale, ki tvorijo vzporedne črte.

Ta zasnova zagotavlja zelo visoko natezno trdnost. Ogljikova vlakna niso povsem nov izum . Prve vzorce podobnega materiala je prejel in uporabil Edison. Pozneje, sredi dvajsetega stoletja, so ogljikova vlakna doživela preporod - in od takrat se je njihova uporaba stalno povečevala.

Ogljikova vlakna so zdaj izdelana iz precej različnih surovin - zato se lahko njegove lastnosti zelo razlikujejo.

Sestava in fizikalne lastnosti

Najpomembnejša značilnost ogljikovih vlaken ostaja njegova izjemna toplotna odpornost … Tudi če se snov segreje do 1600 - 2000 stopinj, se njeni parametri ob pomanjkanju kisika v okolju ne bodo spremenili. Gostota tega materiala je poleg običajnega tudi linearna (merjena v tako imenovanem texu). Z linearno gostoto 600 tex bo masa 1 km tkanine 600 g. V mnogih primerih je zelo pomemben tudi modul elastičnosti materiala ali, kot pravijo, Youngov modul.

Za vlakna z visoko trdnostjo se ta številka giblje od 200 do 250 GPa. Ogljikova vlakna z visokim modulom, izdelana na osnovi PAN, imajo modul elastičnosti približno 400 GPa. Za raztopine s tekočimi kristali se lahko ta parameter giblje od 400 do 700 GPa. Modul elastičnosti se izračuna na podlagi ocene njegove vrednosti pri raztezanju posameznih kristalov grafita. Usmerjenost atomskih ravnin je določena z rentgensko difrakcijsko analizo.

Privzeta površinska napetost je 0,86 N / m. Pri obdelavi materiala za pridobivanje kovinsko-kompozitnega vlakna se ta številka dvigne na 1,0 N / m . Meritev z metodo kapilarnega vzpona pomaga določiti ustrezen parameter. Temperatura taljenja vlaken na osnovi naftnih smol je 200 stopinj. Predenje poteka pri približno 250 stopinjah; tališče drugih vrst vlaken je neposredno odvisno od njihove sestave.

Največja širina ogljikovih krp je odvisna od tehnoloških zahtev in odtenkov. Za mnoge proizvajalce je 100 ali 125 cm. Kar zadeva osno trdnost, bo enaka:

• za izdelke z visoko trdnostjo na osnovi PAN od 3000 do 3500 MPa;
• za vlakna s pomembnim raztezkom strogo 4500 MPa;
• za materiale z visokim modulom od 2000 do 4500 MPa.

Teoretični izračuni stabilnosti kristala pod natezno silo proti atomski ravnini rešetke dajejo ocenjeno vrednost 180 GPa. Pričakovana praktična meja je 100 GPa. Vendar poskusi še niso potrdili prisotnosti ravni več kot 20 GPa. Resnična trdnost ogljikovih vlaken je omejena z mehanskimi napakami in odtenki proizvodnega procesa. Natezna trdnost odseka dolžine 1/10 mm, ugotovljenega v praktičnih študijah, bo od 9 do 10 GPa.

Posebno pozornost si zaslužijo ogljikova vlakna T30 . Ta material se uporablja predvsem pri proizvodnji palic. To rešitev odlikuje lahkotnost in odlično ravnovesje. Indeks T30 označuje modul elastičnosti 30 ton.

Bolj zapleteni proizvodni procesi vam omogočajo, da dobite izdelek na ravni T35 itd.

Tehnologija proizvodnje

Ogljikova vlakna so lahko izdelana iz najrazličnejših vrst polimerov. Način predelave določa dve glavni vrsti takih materialov - karbonizirane in grafitne. Obstaja pomembna razlika med vlakni, pridobljenimi iz PAN, in različnimi vrstami smol. Kakovostna ogljikova vlakna, tako visoke trdnosti kot visoki moduli, imajo lahko različne ravni trdote in modula . Običajno jih imenujemo različne blagovne znamke.

Vlakna so izdelana v obliki filamentov ali snopov. Tvorijo jih od 1000 do 10000 neprekinjenih filamentov. Tkanine iz teh vlaken so lahko tudi izdelane, na primer vleka (v tem primeru je število filamentov še večje). Izhodiščna surovina niso le preprosta vlakna, ampak tudi smole iz tekočih kristalov in poliakrilonitril. Proizvodni proces vključuje najprej proizvodnjo prvotnih vlaken, nato pa se segrejejo na zraku pri 200 - 300 stopinjah.

V primeru PAN se ta postopek imenuje predhodna obdelava ali povečanje odpornosti proti ognju. Po takem postopku smola dobi tako pomembno lastnost, kot je nevzdržnost. Vlakna so delno oksidirana. Način nadaljnjega ogrevanja določa, ali bodo spadali v karbonizirano ali grafitno skupino . Konec dela pomeni, da se površini dajo potrebne lastnosti, po kateri je dokončana ali oblikovana.

Oksidacija v zraku poveča požarno odpornost ne samo zaradi oksidacije. Prispevajo ne le z delno dehidrogenacijo, ampak tudi z medmolekulskim zamreževanjem in drugimi procesi. Poleg tega se zmanjša dovzetnost materiala za taljenje in hlapitev ogljikovih atomov. Karbonizacijo (v visokotemperaturni fazi) spremlja uplinjanje in pobeg vseh tujih atomov.

PAN vlakna, segreta na 200 - 300 stopinj v prisotnosti zraka, postanejo črna.

Njihova kasnejša karbonizacija se izvaja v dušikovem okolju pri 1000 - 1500 stopinjah. Optimalna stopnja ogrevanja je po mnenju številnih tehnologov 1200 - 1400 stopinj . Vlakna z visokim modulom bo treba segreti do približno 2500 stopinj. V predhodni fazi PAN prejme lestveno mikrostrukturo. Kondenzacija na intramolekularni ravni, ki jo spremlja pojav policiklične aromatične snovi, je "odgovorna" za njen nastanek.

Bolj ko se temperatura dvigne, večja bo struktura cikličnega tipa . Po koncu toplotne obdelave po tehnologiji je razporeditev molekul ali aromatskih fragmentov takšna, da bodo glavne osi vzporedne z osjo vlaken. Napetost preprečuje padanje stopnje orientacije. Posebnosti razgradnje PAN med toplotno obdelavo so določene s koncentracijo cepljenih monomerov. Vsaka vrsta takšnih vlaken določa pogoje začetne predelave.

Smolo s tekočimi kristaliničnimi olji je treba dolgo hraniti pri temperaturah od 350 do 400 stopinj. Ta način bo povzročil kondenzacijo policikličnih molekul. Njihova masa se poveča in postopoma se zlepi (s tvorbo sferulitov). Če se segrevanje ne ustavi, rastejo sferuliti, molekulska masa se poveča in rezultat je nastanek neprekinjene tekoče kristalne faze . Kristali so občasno topni v kinolinu, vendar se običajno ne raztopijo tako v njem kot v piridinu (to je odvisno od odtenkov tehnologije).

Vlakna, pridobljena iz smole tekočih kristalov s 55 - 65% tekočimi kristali, tečejo plastično. Predenje se izvaja pri 350 - 400 stopinjah. Zelo usmerjena struktura nastane z začetnim segrevanjem v zračnem ozračju pri 200 - 350 stopinjah in poznejšim zadrževanjem v inertni atmosferi. Vlakna znamke Thornel P-55 je treba segreti do 2000 stopinj, višji kot je modul elastičnosti, višja mora biti temperatura.

V zadnjem času znanstvena in inženirska dela vse več pozornosti namenjajo tehnologiji s hidrogeniranjem. Začetno proizvodnjo vlaken pogosto dosežemo z hidrogeniranjem mešanice smole premogovega katrana in naftalnega gumija. V tem primeru mora biti prisoten tetrahidrokvinolin . Temperatura obdelave je 380 - 500 stopinj. Trdne snovi lahko odstranimo s filtriranjem in centrifugiranjem; nato se smole pri povišani temperaturi odebelijo. Za proizvodnjo ogljika je treba (odvisno od tehnologije) uporabiti precej različne opreme:

• plasti, ki distribuirajo vakuum;
• črpalke;
• tesnilni pasovi;
• delovne mize;
• pasti;
• prevodna mreža;
• vakuumske folije;
• prepregi;
• avtoklavi.

Pregled trga

Na svetovnem trgu so vodilni naslednji proizvajalci ogljikovih vlaken:

• Thornell, Fortafil in Celion (Združene države);
• Grafil in Modmore (Anglija);
• Kureha-Lone in Toreika (Japonska);
• Cytec Industries;
• Hexcel;
• SGL Group;
• Toray Industries;
• Zoltek;
• Mitsubishi Rayon.

Danes se v Rusiji proizvaja ogljik:

• Tovarna ogljika in kompozitnih materialov v Čeljabinsku;
• Proizvodnja ogljika Balakovo;
• NPK Khimprominzhiniring;
• Saratovsko podjetje "START".

Izdelki in aplikacije

Ogljikova vlakna se uporabljajo za izdelavo kompozitnih ojačitev. Pogosto ga uporabljamo tudi za:

• dvosmerne tkanine;
• oblikovalske tkanine;
• dvoosno in štiriosno tkivo;
• netkane tkanine;
• enosmerni trak;
• prepregi;
• zunanja ojačitev;
• vlakno;
• pasovi.

Zdaj je to precej resna inovacija toplo infrardeče tla . V tem primeru se material uporablja kot nadomestek za tradicionalno kovinsko žico. Lahko proizvede 3 -krat več toplote, poleg tega pa se poraba energije zmanjša za približno 50%. Ljubitelji modeliranja kompleksnih tehnik pogosto uporabljajo ogljikove cevi, pridobljene z navijanjem. Te izdelke povprašujejo tudi proizvajalci avtomobilov in druge opreme. Ogljikova vlakna se na primer pogosto uporabljajo za ročne zavore. Na podlagi tega materiala dobite tudi:

• deli za letalske modele;
• enodelne nape;
• kolesa;
• deli za uglaševanje avtomobilov in motornih koles.

Plošče iz ogljikove tkanine so 18% trše od aluminija in 14% več kot konstrukcijsko jeklo … Rokavi na osnovi tega materiala so potrebni za pridobivanje cevi in cevi s spremenljivim prerezom, spiralnih izdelkov različnih profilov. Uporabljajo se tudi za proizvodnjo in popravilo palic za golf. Omeniti velja tudi njegovo uporabo. pri izdelavi posebej trpežnih etuijev za pametne telefone in drugih pripomočkov . Takšni izdelki so običajno vrhunskega značaja in imajo izboljšane dekorativne lastnosti.

Kar zadeva razpršeni grafitni prah, je potreben:

• pri prejemu električno prevodnih premazov;
• pri sproščanju lepila različnih vrst;
• pri ojačitvi kalupov in nekaterih drugih delov.

Kit iz ogljikovih vlaken je na več načinov boljši od tradicionalnega kita. To kombinacijo mnogi strokovnjaki cenijo zaradi svoje plastičnosti in mehanske trdnosti. Sestava je primerna za pokrivanje globokih napak. Ogljikove palice ali palice so močne, lahke in dolgotrajne. Tak material je potreben za:

• letalstvo;
• raketna industrija;
• sprostitev športne opreme.

S pirolizo soli karboksilne kisline lahko dobimo ketone in aldehide. Odlične toplotne lastnosti ogljikovih vlaken omogočajo uporabo v grelnikih in grelnih blazinicah. Takšni grelniki:

• ekonomično;
• zanesljiv;
• odlikuje jih impresivna učinkovitost;
• ne širite nevarnega sevanja;
• relativno kompakten;
• popolnoma avtomatiziran;
• deloval brez nepotrebnih težav;
• ne širite tujega hrupa.

Ogljik-ogljikovi kompoziti se uporabljajo pri proizvodnji:

• nosilci za lončke;
• konični deli za vakuumske talilne peči;
• cevasti deli zanje.

Dodatna področja uporabe vključujejo:

• domači noži;
• uporaba za venčni ventil na motorjih;
• uporaba v gradbeništvu.

Sodobni gradbeniki že dolgo uporabljajo ta material ne le za zunanjo ojačitev. Potrebna je tudi za okrepitev kamnitih hiš in bazenov. Lepljena ojačitvena plast obnavlja lastnosti nosilcev in nosilcev v mostovih. Uporablja se tudi pri ustvarjanju greznic in uokvirjanju naravnih, umetnih rezervoarjev, pri delu s kesonom in jamo silosa.

Prav tako lahko popravite ročaje za orodje, popravite cevi, popravite noge pohištva, cevi, ročaje, ohišja za opremo, okenske police in PVC okna.