Viss par oglekļa šķiedru

Zināt visu par oglekļa šķiedru ir ļoti svarīgi ikvienam mūsdienu cilvēkam. Izprotot oglekļa ražošanas tehnoloģiju Krievijā, oglekļa šķiedras blīvumu un citas īpašības, būs vieglāk izprast tās pielietojuma jomu un izdarīt pareizo izvēli. Turklāt jums vajadzētu uzzināt visu par špakteli un grīdas apsildi ar oglekļa šķiedru, par šī produkta ārvalstu ražotājiem un par dažādām pielietojuma jomām.

Nosaukumi oglekļa šķiedra un oglekļa šķiedra, un vairākos avotos arī oglekļa šķiedra ir ļoti izplatīti. Bet priekšstats par šo materiālu faktiskajām īpašībām un to izmantošanas iespējām daudziem cilvēkiem ir diezgan atšķirīgs. No tehniskā viedokļa šis materiāls ir samontēts no vītnēm, kuru šķērsgriezums nav mazāks par 5 un ne lielāks par 15 mikroniem... Gandrīz visu kompozīciju veido oglekļa atomi – no tā arī radies nosaukums. Šie atomi paši ir sagrupēti kraukšķīgos kristālos, kas veido paralēlas līnijas.

Šis dizains nodrošina ļoti augstu stiepes izturību. Oglekļa šķiedra nav pilnīgi jauns izgudrojums. Pirmos līdzīga materiāla paraugus saņēma un izmantoja Edisons. Vēlāk, divdesmitā gadsimta vidū, oglekļa šķiedra piedzīvoja renesansi – un kopš tā laika tās izmantošana ir nepārtraukti pieaugusi.

Vissvarīgākā no oglekļa šķiedras īpašībām joprojām ir tā izcila karstumizturība... Pat ja viela tiek uzkarsēta līdz 1600 - 2000 grādiem, tad, ja vidē nav skābekļa, tās parametri nemainīsies. Šī materiāla blīvums kopā ar parasto ir arī lineārs (mēra tā sauktajā tex). Ja lineārais blīvums ir 600 tex, 1 km auduma masa būs 600 g. Daudzos gadījumos ļoti svarīgs ir arī materiāla elastības modulis jeb, kā saka, Janga modulis.

Augstas stiprības šķiedrai šis rādītājs svārstās no 200 līdz 250 GPa. Augsta moduļa oglekļa šķiedras, kuras pamatā ir PAN, elastības modulis ir aptuveni 400 GPa. Šķidro kristālu šķīdumiem šis parametrs var svārstīties no 400 līdz 700 GPa. Elastības modulis tiek aprēķināts, pamatojoties uz tā vērtības novērtējumu, izstiepjot atsevišķus grafīta kristālus. Atomu plakņu orientāciju nosaka, izmantojot rentgenstaru difrakcijas analīzi.

Noklusējuma virsmas spraigums ir 0,86 N/m. Apstrādājot materiālu, lai iegūtu metāla-kompozītšķiedru, šis rādītājs palielinās līdz 1,0 N / m. Mērījums ar kapilārās pacelšanās metodi palīdz noteikt atbilstošo parametru. Šķiedru kušanas temperatūra, pamatojoties uz naftas piķi, ir 200 grādi. Vērpšana notiek aptuveni 250 grādos; citu veidu šķiedru kušanas temperatūra ir tieši atkarīga no to sastāva.

Oglekļa audumu maksimālais platums ir atkarīgs no tehnoloģiskajām prasībām un niansēm. Daudziem ražotājiem tas ir 100 vai 125 cm. Kas attiecas uz aksiālo spēku, tas būs vienāds ar:

• augstas stiprības izstrādājumiem, kuru pamatā ir PAN no 3000 līdz 3500 MPa;
• šķiedrām ar ievērojamu pagarinājumu stingri 4500 MPa;
• materiālam ar augstu moduli no 2000 līdz 4500 MPa.

Teorētiskie aprēķini par kristāla stabilitāti stiepes spēka ietekmē pret režģa atomu plakni dod aptuveno vērtību 180 GPa.Paredzamais praktiskais ierobežojums ir 100 GPa. Tomēr eksperimenti vēl nav apstiprinājuši vairāk nekā 20 GPa līmeņa klātbūtni. Oglekļa šķiedras patieso izturību ierobežo tās mehāniskie defekti un ražošanas procesa nianses. Praktiskajās studijās noteiktā sekcijas stiepes izturība ar garumu 1/10 mm būs no 9 līdz 10 GPa.

T30 oglekļa šķiedra ir pelnījusi īpašu uzmanību. Šo materiālu galvenokārt izmanto stieņu ražošanā. Šis risinājums izceļas ar vieglumu un lielisko līdzsvaru. T30 indekss apzīmē elastības moduli 30 tonnas.

Oglekļa šķiedru var izgatavot no dažādiem polimēru veidiem. Apstrādes režīms nosaka divus galvenos šādu materiālu veidus - karbonizētos un grafitizētos veidus. Pastāv būtiska atšķirība starp šķiedru, kas iegūta no PAN, un dažādiem piķa veidiem. Kvalitatīvajām oglekļa šķiedrām gan augstas stiprības, gan augsta moduļa kategorijās var būt atšķirīgi cietības un moduļa līmeņi. Ir ierasts tos atsaukties uz dažādiem zīmoliem.

Šķiedras tiek izgatavotas kvēldiega vai saišķa formātā. Tie veidojas no 1000 līdz 10000 nepārtrauktiem pavedieniem. No šīm šķiedrām var izgatavot arī audumus, piemēram, grīstes (šajā gadījumā pavedienu skaits ir vēl lielāks). Izejmateriāls ir ne tikai vienkāršas šķiedras, bet arī šķidro kristālu piķi, kā arī poliakrilnitrils. Ražošanas procesā vispirms tiek izgatavotas oriģinālās šķiedras, un pēc tam tās tiek karsētas gaisā 200 - 300 grādu temperatūrā.

PAN gadījumā šo procesu sauc par pirmapstrādi vai ugunsizturības uzlabošanu. Pēc šādas procedūras piķis iegūst tik svarīgu īpašību kā neplūstamība. Šķiedras ir daļēji oksidētas. Tālākās sildīšanas režīms nosaka, vai tie piederēs karbonizētajai vai grafitizētajai grupai. Darba beigas nozīmē virsmai nepieciešamo īpašību piešķiršanu, pēc kuras tā tiek pabeigta vai pielāgota.

Oksidēšanās gaisā palielina ugunsizturību ne tikai oksidēšanās rezultātā. Ieguldījumu sniedz ne tikai daļēja dehidrogenēšana, bet arī starpmolekulārā šķērssaistīšana un citi procesi. Turklāt tiek samazināta materiāla jutība pret oglekļa atomu kušanu un iztvaikošanu. Karbonizāciju (augstas temperatūras fāzē) pavada gazifikācija un visu svešzemju atomu aizplūšana.

To turpmākā karbonizācija tiek veikta slāpekļa vidē 1000 - 1500 grādu temperatūrā. Optimālais apkures līmenis, pēc vairāku tehnologu domām, ir 1200 - 1400 grādi. Augsta moduļa šķiedra būs jāuzsilda līdz aptuveni 2500 grādiem. Sākotnējā posmā PAN saņem kāpņu mikrostruktūru. Kondensācija intramolekulārā līmenī, ko papildina policikliskas aromātiskas vielas parādīšanās, ir "atbildīga" par tās rašanos.

Jo vairāk temperatūra paaugstinās, jo lielāka būs cikliskā tipa struktūra. Pēc termiskās apstrādes pabeigšanas atbilstoši tehnoloģijai molekulu vai aromātisko fragmentu izvietojums ir tāds, ka galvenās asis būs paralēlas šķiedras asij. Spriegums novērš orientācijas pakāpes kritumu. PAN sadalīšanās īpatnības termiskās apstrādes laikā nosaka potēto monomēru koncentrācija. Katrs šādu šķiedru veids nosaka sākotnējās apstrādes nosacījumus.

Šķidro kristālu naftas piķis ilgstoši jāuzglabā temperatūrā no 350 līdz 400 grādiem. Šis režīms novedīs pie policiklisko molekulu kondensācijas. To masa palielinās, un pakāpeniski notiek saķere (veidojot sferulītus). Ja karsēšana neapstājas, sferulīti aug, molekulmasa palielinās, un rezultātā veidojas nepārtraukta šķidro kristālu fāze. Kristāli dažkārt šķīst hinolīnā, bet parasti tie nešķīst gan tajā, gan piridīnā (tas atkarīgs no tehnoloģijas niansēm).

Šķiedras, kas iegūtas no šķidro kristālu piķa ar 55 - 65% šķidro kristālu, plūst plastiski. Vērpšana tiek veikta 350 - 400 grādos. Augsti orientēta struktūra veidojas, sākotnēji karsējot gaisa atmosfērā 200 - 350 grādu temperatūrā un pēc tam turot inertā atmosfērā. Thornel P-55 zīmola šķiedras ir jāuzsilda līdz 2000 grādiem, jo ​​lielāks elastības modulis, jo augstākai temperatūrai jābūt.

Pēdējā laikā zinātniskie un inženiertehniskie darbi arvien vairāk pievērš uzmanību tehnoloģijai, kurā izmanto hidrogenēšanu. Sākotnējo šķiedru ražošanu bieži veic, hidrogenējot akmeņogļu darvas piķa un naftala sveķu maisījumu. Šajā gadījumā ir jābūt tetrahidrohinolīnam. Apstrādes temperatūra ir 380 - 500 grādi. Cietās daļiņas var atdalīt ar filtrēšanu un centrifūgu; tad piķi tiek sabiezināti paaugstinātā temperatūrā. Oglekļa ražošanai ir nepieciešams izmantot (atkarībā no tehnoloģijas) diezgan dažādas iekārtas:

• slāņi, kas izplata vakuumu;
• sūkņi;
• blīvējuma siksnas;
• darba galdi;
• slazdi;
• vadošs tīkls;
• Vakuuma plēves;
• prepregs;
• autoklāvi.

Pasaules tirgū vadošie ir šādi oglekļa šķiedras ražotāji:

• Thornell, Fortafil un Celion (Amerikas Savienotās Valstis);
• Grafil un Modmore (Anglija);
• Kureha-Lon un Toreika (Japāna);
• Cytec Industries;
• Hexcel;
• SGL grupa;
• Toray Industries;
• Zoltek;
• Mitsubishi Rayon.

Mūsdienās Krievijā tiek ražots ogleklis:

• Čeļabinskas oglekļa un kompozītmateriālu rūpnīca;
• Balakovo oglekļa ražošana;
• NPK Khimprominzhiniring;
• Saratovas uzņēmums "START".

Oglekļa šķiedru izmanto, lai izgatavotu kompozītmateriālu stiegrojumu. To parasti izmanto arī, lai iegūtu:

• divvirzienu audumi;
• dizaineru audumi;
• biaksiālie un četraksiālie audi;
• neausts audums;
• vienvirziena lente;
• prepregs;
• ārējā pastiprināšana;
• šķiedra;
• zirglietas.

Diezgan nopietns jauninājums tagad ir infrasarkanā siltā grīda. Šajā gadījumā materiāls tiek izmantots kā tradicionālās metāla stieples aizstājējs. Tas var radīt 3 reizes vairāk siltuma, turklāt enerģijas patēriņš tiek samazināts par aptuveni 50%. Sarežģītu modelēšanas metožu cienītāji bieži izmanto oglekļa caurules, kas iegūtas, tinot. Šos produktus pieprasa arī automašīnu un cita aprīkojuma ražotāji. Oglekļa šķiedru bieži izmanto, piemēram, rokas bremzēm. Turklāt, pamatojoties uz šo materiālu, iegūstiet:

• Gaisa kuģu modeļu daļas;
• viengabala kapuces;
• velosipēdi;
• detaļas automašīnu un motociklu tūningam.

Oglekļa auduma paneļi ir par 18% stingrāki nekā alumīnijs un par 14% vairāk nekā strukturālais tērauds... Uzmavas uz šī materiāla ir nepieciešamas, lai iegūtu mainīga šķērsgriezuma caurules un caurules, dažādu profilu spirālveida izstrādājumus. Tos izmanto arī golfa nūju ražošanai un remontam. Ir arī vērts norādīt uz tā izmantošanu. īpaši izturīgu viedtālruņu un citu gadžetu maciņu ražošanā. Šādiem izstrādājumiem parasti ir augstākās klases raksturs, un tiem ir uzlabotas dekoratīvās īpašības.

Kas attiecas uz izkliedētu grafīta tipa pulveri, tas ir nepieciešams:

• saņemot elektriski vadošus pārklājumus;
• izlaižot dažāda veida līmi;
• pastiprinot veidnes un dažas citas daļas.

Oglekļa šķiedras tepe vairākos veidos ir labāka par tradicionālo špakteli. Šo kombināciju daudzi eksperti novērtē tās plastiskuma un mehāniskās izturības dēļ. Sastāvs piemērots dziļu defektu segšanai. Oglekļa stieņi vai stieņi ir spēcīgi, viegli un ilgstoši. Šāds materiāls ir nepieciešams:

• aviācija;
• raķešu rūpniecība;
• sporta inventāra izlaišana.

Ar karbonskābes sāļu pirolīzi var iegūt ketonus un aldehīdus.Oglekļa šķiedras lieliskās termiskās īpašības ļauj to izmantot sildītājos un sildīšanas paliktņos. Šādi sildītāji:

• ekonomisks;
• uzticams;
• izceļas ar iespaidīgu efektivitāti;
• neizplatīt bīstamo starojumu;
• salīdzinoši kompakts;
• perfekti automatizēts;
• darbojas bez liekām problēmām;
• neizplatiet svešu troksni.

Oglekļa-oglekļa kompozītmateriālus izmanto, lai ražotu:

• tīģeļu balsti;
• konusveida daļas vakuumkausēšanas krāsnīm;
• cauruļveida daļas tiem.

Papildu pielietojuma jomas ietver:

• mājās gatavoti naži;
• izmantošana dzinēju ziedlapu vārstam;
• izmantošana būvniecībā.

Mūsdienu celtnieki jau sen ir izmantojuši šo materiālu ne tikai ārējai pastiprināšanai. Tas nepieciešams arī akmens māju un peldbaseinu nostiprināšanai. Līmētais pastiprinošais slānis atjauno tiltu balstu un siju īpašības. To izmanto arī veidojot septiskās tvertnes un ierāmējot dabiskus, mākslīgus rezervuārus, strādājot ar kesonu un silo bedri.

Nākamajā video jūs atradīsiet vairāk informācijas par oglekļa šķiedras ražošanu.