Alt om kulfiber

At vide alt om kulfiber er meget vigtigt for enhver moderne person. Ved at forstå teknologien til kulstofproduktion i Rusland, tæthed og andre egenskaber ved kulfiber, vil det være lettere at forstå omfanget af dets anvendelse og træffe det rigtige valg. Derudover bør du finde ud af alt om spartelmasse og gulvvarme med kulfiber, om udenlandske producenter af dette produkt og om forskellige anvendelsesområder.

Navnene kulfiber og kulfiber, og i en række kilder også kulfiber, er meget almindelige. Men ideen om de faktiske egenskaber af disse materialer og mulighederne for deres anvendelse er helt anderledes for mange mennesker. Fra et teknisk synspunkt, dette materiale er samlet af tråde med et tværsnit på ikke mindre end 5 og ikke mere end 15 mikron... Næsten hele sammensætningen består af kulstofatomer - deraf navnet. Disse atomer selv er grupperet i sprøde krystaller, der danner parallelle linjer.

Dette design giver meget høj trækstyrke. Kulfiber er ikke en helt ny opfindelse. De første prøver af et lignende materiale blev modtaget og brugt af Edison. Senere, i midten af ​​det tyvende århundrede, fik kulfiber en renæssance – og siden er brugen støt steget.

Den vigtigste af kulfiberens egenskaber forbliver dens exceptionel varmebestandighed... Selvom stoffet opvarmes til 1600 - 2000 grader, ændres dets parametre ikke i fravær af ilt i miljøet. Tætheden af ​​dette materiale, sammen med det sædvanlige, er også lineær (målt i den såkaldte tex). Med en lineær tæthed på 600 tex vil massen af ​​1 km bane være 600 g. I mange tilfælde er materialets elasticitetsmodul, eller, som man siger, Youngs modul, også kritisk vigtigt.

For højstyrkefibre varierer dette tal fra 200 til 250 GPa. Kulfiber med høj modul fremstillet på basis af PAN har et elasticitetsmodul på cirka 400 GPa. For flydende krystalopløsninger kan denne parameter variere fra 400 til 700 GPa. Elasticitetsmodulet beregnes ud fra estimatet af dets værdi, når individuelle grafitkrystaller strækkes. Orienteringen af ​​atomplanerne etableres ved hjælp af røntgendiffraktionsanalyse.

Standard overfladespænding er 0,86 N/m. Ved behandling af materialet for at opnå en metalkompositfiber stiger dette tal til 1,0 N / m. Målingen ved kapillæropstigningsmetoden hjælper med at bestemme den tilsvarende parameter. Smeltepunktet for fibre baseret på petroleumsbeg er 200 grader. Spinding foregår ved omkring 250 grader; smeltepunktet for andre typer fibre afhænger direkte af deres sammensætning.

Den maksimale bredde af kulstofklude afhænger af teknologiske krav og nuancer. For mange producenter er det 100 eller 125 cm. Hvad angår den aksiale styrke, vil den være lig med:

• til højstyrkeprodukter baseret på PAN fra 3000 til 3500 MPa;
• for fibre med betydelig forlængelse, strengt taget 4500 MPa;
• til højmodulmateriale fra 2000 til 4500 MPa.

Teoretiske beregninger af stabiliteten af ​​en krystal under en trækkraft mod gitterets atomplan giver en estimeret værdi på 180 GPa.Den forventede praktiske grænse er 100 GPa. Forsøg har dog endnu ikke bekræftet tilstedeværelsen af ​​et niveau på mere end 20 GPa. Den reelle styrke af kulfiber er begrænset af dens mekaniske defekter og nuancerne i fremstillingsprocessen. Trækstyrken af ​​en sektion med en længde på 1/10 mm, der er fastlagt i praktiske undersøgelser, vil være fra 9 til 10 GPa.

T30 kulfiberen fortjener særlig opmærksomhed. Dette materiale bruges hovedsageligt til produktion af stænger. Denne løsning er kendetegnet ved sin lethed og fremragende balance. T30-indekset angiver et elasticitetsmodul på 30 tons.

Kulfiber kan fremstilles af en lang række polymertyper. Bearbejdningstilstanden bestemmer to hovedtyper af sådanne materialer - karboniserede og grafitiserede typer. Der er en vigtig sondring mellem fiber afledt af PAN og forskellige pitch-typer. Kvalitets kulfibre, både høj styrke og høj modul, kan have forskellige niveauer af hårdhed og modul. Det er sædvanligt at henvise dem til forskellige mærker.

Fibre er lavet i filament- eller bundtformat. De er dannet fra 1000 til 10000 kontinuerlige filamenter. Stoffer fra disse fibre kan også fremstilles, som blår (i dette tilfælde er antallet af filamenter endnu større). Udgangsråmaterialet er ikke kun simple fibre, men også flydende krystalbeger samt polyacrylonitril. Produktionsprocessen indebærer først produktion af de originale fibre, og derefter opvarmes de i luften ved 200 - 300 grader.

I tilfælde af PAN kaldes denne proces for forbehandling eller brandmodstandsforøgelse. Efter en sådan procedure får pitch en så vigtig egenskab som infusibility. Fibrene er delvist oxiderede. Den yderligere opvarmningsmåde bestemmer, om de vil tilhøre den forkullede eller grafitiserede gruppe. Afslutningen på arbejdet indebærer at give overfladen de nødvendige egenskaber, hvorefter den er færdig eller dimensioneret.

Oxidation i luft øger brandmodstanden ikke kun som følge af oxidation. Bidraget ydes ikke kun ved delvis dehydrogenering, men også af intermolekylær tværbinding og andre processer. Derudover er materialets modtagelighed for smeltning og fordampning af carbonatomer reduceret. Carbonisering (i højtemperaturfasen) ledsages af forgasning og undslippet af alle fremmede atomer.

Deres efterfølgende karbonisering udføres i et nitrogenmiljø ved 1000 - 1500 grader. Det optimale niveau af opvarmning, ifølge en række teknologer, er 1200 - 1400 grader. Fiber med høj modul skal varmes op til omkring 2500 grader. På det indledende stadium modtager PAN en stigemikrostruktur. Kondensation på intramolekylært niveau, ledsaget af udseendet af et polycyklisk aromatisk stof, er "ansvarlig" for dets forekomst.

Jo mere temperaturen stiger, jo større vil strukturen af ​​den cykliske type være. Efter afslutningen af ​​varmebehandlingen ifølge teknologien er arrangementet af molekyler eller aromatiske fragmenter sådan, at hovedakserne vil være parallelle med fiberaksen. Spændingen forhindrer fald i orienteringsgraden. De specifikke træk ved PAN-nedbrydning under varmebehandling bestemmes af koncentrationen af ​​podede monomerer. Hver type af sådanne fibre bestemmer de indledende bearbejdningsbetingelser.

Flydende krystal petroleumsbeg skal opbevares i lang tid ved temperaturer fra 350 til 400 grader. Denne tilstand vil føre til kondensering af polycykliske molekyler. Deres masse øges, og gradvist klæber sammen (med dannelsen af ​​sfærulitter). Hvis opvarmningen ikke stopper, vokser sfærulitterne, molekylvægten stiger, og resultatet er dannelsen af ​​en kontinuerlig flydende krystallinsk fase. Krystaller er lejlighedsvis opløselige i quinolin, men normalt opløses de ikke både i det og i pyridin (dette afhænger af teknologiens nuancer).

Fibre opnået fra flydende krystalbeg med 55 - 65% flydende krystaller flyder plastisk. Spinding udføres ved 350 - 400 grader. En meget orienteret struktur dannes ved indledende opvarmning i en luftatmosfære ved 200 - 350 grader og efterfølgende fastholdelse i en inert atmosfære. Fibre af mærket Thornel P-55 skal varmes op til 2000 grader, jo højere elasticitetsmodulet er, jo højere skal temperaturen være.

For nylig er videnskabelige og tekniske værker mere og mere opmærksomme på teknologien ved hjælp af hydrogenering. Den indledende produktion af fibre opnås ofte ved at hydrogenere en blanding af stenkulstjærebeg og naphthalatharpiks. I dette tilfælde skal tetrahydroquinolin være til stede. Forarbejdningstemperaturen er 380 - 500 grader. Faste stoffer kan fjernes ved filtrering og centrifugering; derefter fortykkes begerne ved forhøjet temperatur. Til produktion af kulstof er det nødvendigt at bruge (afhængigt af teknologien) en række forskellige udstyr:

• lag, der fordeler vakuum;
• pumper;
• forseglingsseler;
• arbejdsborde;
• fælder;
• ledende mesh;
• vakuum film;
• prepregs;
• autoklaver.

Følgende kulfiberproducenter er førende på det globale marked:

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

I dag produceres kulstof i Rusland:

• Chelyabinsk anlæg af kulstof og kompositmaterialer;
• Balakovo kulstofproduktion;
• NPK Khimprominzhiniring;
• Saratov-virksomheden "START".

Kulfiber bruges til at lave kompositarmering. Det er også almindeligt at bruge det til at få:

• tovejs stoffer;
• designerstof;
• biaksialt og quadroaksialt væv;
• ikke-vævet stof;
• ensrettet tape;
• prepregs;
• ekstern forstærkning;
• fiber;
• seler.

En ret seriøs nyskabelse er nu infrarødt varmt gulv. I dette tilfælde bruges materialet som erstatning for den traditionelle metaltråd. Det kan generere 3 gange mere varme, desuden reduceres energiforbruget med omkring 50%. Elskere af modellering af komplekse teknikker bruger ofte kulstofrør opnået ved vikling. Disse produkter efterspørges også af fabrikanter af biler og andet udstyr. Kulfiber bruges ofte til for eksempel håndbremser. Baseret på dette materiale kan du også få:

• dele til flymodeller;
• emhætter i ét stykke;
• cykler;
• dele til tuning af biler og motorcykler.

Carbon stofpaneler er 18 % stivere end aluminium og 14 % mere end konstruktionsstål... Muffer baseret på dette materiale er nødvendige for at opnå rør og rør med variabelt tværsnit, spiralprodukter af forskellige profiler. De bruges også til produktion og reparation af golfkøller. Det er også værd at påpege dets brug. i produktionen af ​​særligt holdbare etuier til smartphones og andre gadgets. Sådanne produkter er normalt af en førsteklasses karakter og har forbedrede dekorative egenskaber.

Hvad angår det dispergerede grafit-type pulver, er det nødvendigt:

• ved modtagelse af elektrisk ledende belægninger;
• ved frigivelse af lim af forskellige typer;
• ved forstærkning af forme og nogle andre dele.

Kulfiberspartelmasse er bedre end traditionel spartelmasse på en række måder. Denne kombination er værdsat af mange eksperter for sin plasticitet og mekaniske styrke. Sammensætningen er velegnet til at dække dybe defekter. Carbon stænger eller stænger er stærke, lette og langtidsholdbare. Sådant materiale er nødvendigt til:

• luftfart;
• raketindustrien;
• frigivelse af sportsudstyr.

Ved pyrolyse af carboxylsyresalte kan ketoner og aldehyder opnås.De fremragende termiske egenskaber af kulfiber gør det muligt at bruge det i varmeapparater og varmepuder. Sådanne varmeapparater:

• økonomisk;
• pålidelig;
• er kendetegnet ved imponerende effektivitet;
• spred ikke farlig stråling;
• relativt kompakt;
• perfekt automatiseret;
• drives uden unødvendige problemer;
• spred ikke uvedkommende støj.

Kulstof-kulstof-kompositter anvendes til fremstilling af:

• understøtninger til digler;
• koniske dele til vakuumsmelteovne;
• rørformede dele til dem.

Yderligere anvendelsesområder omfatter:

• hjemmelavede knive;
• brug til en kronbladsventil på motorer;
• brug i byggeriet.

Moderne bygherrer har længe brugt dette materiale ikke kun til ekstern forstærkning. Det er også nødvendigt at styrke stenhuse og svømmebassiner. Det limede forstærkningslag genskaber kvaliteterne af understøtninger og bjælker i broer. Det bruges også til at skabe septiktanke og indramme naturlige, kunstige reservoirer, når man arbejder med en caisson og en silograv.

I den næste video finder du mere information om produktionen af ​​kulfiber.