Karbonfiber: Produksjonsteknologi For Karbonfiber I Russland, Kitt Og Gulvvarme Med Karbonfiber, Tetthet Og Egenskaper Ved Karbonfiber

2024 Forfatter: Beatrice Philips | [email protected]. Sist endret: 2024-01-09 13:38

Å vite alt om karbonfiber er veldig viktig for hver moderne person. Når vi forstår teknologien for karbonproduksjon i Russland, tettheten og andre egenskaper ved karbonfiber, vil det være lettere å forstå omfanget av bruken og gjøre det riktige valget. I tillegg bør du finne ut alt om kitt og gulvvarme med karbonfiber, om utenlandske produsenter av dette produktet og om forskjellige bruksområder.

Særegenheter

Navnene karbonfiber og karbonfiber, og i en rekke kilder også karbonfiber, er svært vanlige. Men ideen om de faktiske egenskapene til disse materialene og mulighetene for bruk er ganske annerledes for mange mennesker. Fra et teknisk synspunkt, dette materialet er satt sammen av tråder med et tverrsnitt på ikke mindre enn 5 og ikke mer enn 15 mikron … Nesten hele sammensetningen består av karbonatomer - derav navnet. Disse atomene selv er gruppert i skarpe krystaller som danner parallelle linjer.

Denne konstruksjonen gir svært høy strekkfasthet. Karbonfiber er ikke en helt ny oppfinnelse . De første prøvene av et lignende materiale ble mottatt og brukt av Edison. Senere, i midten av det tjuende århundre, opplevde karbonfiber en renessanse - og siden har bruken stadig økt.

Karbonfiber er nå laget av ganske forskjellige råvarer - og derfor kan dens egenskaper variere sterkt.

Sammensetning og fysiske egenskaper

Den viktigste av egenskapene til karbonfiber er dens eksepsjonell varmebestandighet … Selv om stoffet varmes opp til 1600 - 2000 grader, vil parametrene i fravær av oksygen i miljøet ikke endres. Tettheten til dette materialet, sammen med det vanlige, er også lineær (målt i den såkalte tex). Med en lineær tetthet på 600 tex vil massen på 1 km web være 600 g. I mange tilfeller er materialets elastiske modul, eller, som de sier, Youngs modul, også kritisk viktig.

For fiber med høy styrke varierer dette tallet fra 200 til 250 GPa. Karbonfiber med høy modul laget på grunnlag av PAN har en elastisk modul på omtrent 400 GPa. For flytende krystallløsninger kan denne parameteren variere fra 400 til 700 GPa. Den elastiske modulen beregnes basert på estimatet av verdien når individuelle grafittkrystaller strekkes. Orienteringen av atomplanene er etablert ved bruk av røntgendiffraksjonsanalyse.

Standard overflatespenning er 0,86 N / m. Når du behandler materialet for å få en metallkomposittfiber, stiger dette tallet til 1,0 N / m . Målingen ved kapillærstigningsmetoden hjelper til med å bestemme den tilsvarende parameteren. Smeltetemperaturen til fibre basert på petroleumsbaner er 200 grader. Spinning foregår på omtrent 250 grader; smeltepunktet for andre typer fibre avhenger direkte av sammensetningen.

Maksimal bredde på karbonkluter avhenger av teknologiske krav og nyanser. For mange produsenter er den 100 eller 125 cm. Når det gjelder aksialstyrken, vil den være lik:

• for høyfast produkter basert på PAN fra 3000 til 3500 MPa;
• for fibre med betydelig forlengelse, strengt 4500 MPa;
• for høymodulsmateriale fra 2000 til 4500 MPa.

Teoretiske beregninger av stabiliteten til en krystall under en strekkraft mot gitterets atomplan gir en estimert verdi på 180 GPa. Den forventede praktiske grensen er 100 GPa. Imidlertid har eksperimenter ennå ikke bekreftet tilstedeværelsen av et nivå på mer enn 20 GPa. Den virkelige styrken til karbonfiber er begrenset av dens mekaniske feil og nyansene i produksjonsprosessen. Strekkfastheten til en seksjon med en lengde på 1/10 mm etablert i praktiske studier vil være fra 9 til 10 GPa.

T30 karbonfiber fortjener spesiell oppmerksomhet . Dette materialet brukes hovedsakelig til produksjon av stenger. Denne løsningen kjennetegnes ved letthet og utmerket balanse. T30 -indeksen angir en elastisitetsmodul på 30 tonn.

Mer komplekse produksjonsprosesser lar deg få et produkt på T35 -nivå og så videre.

Produksjonsteknologi

Karbonfiber kan lages av en lang rekke polymertyper. Behandlingsmodusen bestemmer to hovedtyper av slike materialer - karboniserte og grafittiserte typer. Det finnes et viktig skille mellom fiber avledet fra PAN og forskjellige pitch -typer. Kvalitets karbonfibre, både høy styrke og høy modul, kan ha forskjellige nivåer av hardhet og modul . Det er vanlig å henvise dem til forskjellige merker.

Fiber er laget i filament eller buntformat. De dannes fra 1000 til 10000 kontinuerlige filamenter. Stoffer fra disse fibrene kan også lages, som slep (i dette tilfellet er antallet filamenter enda større). Utgangsråvaren er ikke bare enkle fibre, men også flytende krystallhøyder, så vel som polyakrylonitril. Produksjonsprosessen innebærer først produksjon av de originale fibrene, og deretter blir de oppvarmet i luft ved 200 - 300 grader.

Når det gjelder PAN, kalles denne prosessen forbehandling eller forbedring av brannmotstand. Etter en slik prosedyre får tonehøyde en så viktig egenskap som infusibilitet. Fibrene er delvis oksidert. Fremgangsmåten for videre oppvarming avgjør om de vil tilhøre den karboniserte eller grafiserte gruppen . Slutten på arbeidet innebærer å gi overflaten de nødvendige egenskapene, hvoretter den er ferdig eller dimensjonert.

Oksidasjon i luft øker brannmotstanden ikke bare som følge av oksidasjon. Bidraget ytes ikke bare ved delvis dehydrogenering, men også ved intermolekylær tverrbinding og andre prosesser. I tillegg reduseres materialets følsomhet for smelting og flyktiggjøring av karbonatomer. Karbonisering (i høytemperaturfasen) er ledsaget av forgassing og rømming av alle fremmede atomer.

PAN -fibre oppvarmet til 200 - 300 grader i nærvær av luft blir svarte.

Deres påfølgende karbonisering utføres i et nitrogenmiljø ved 1000 - 1500 grader. Det optimale oppvarmingsnivået, ifølge en rekke teknologer, er 1200 - 1400 grader . Fiber med høy modul må varmes opp til ca 2500 grader. På det foreløpige stadiet mottar PAN en stigenmikrostruktur. Kondens på intramolekylært nivå, ledsaget av utseendet til et polysyklisk aromatisk stoff, er "ansvarlig" for forekomsten.

Jo mer temperaturen stiger, jo større blir strukturen til den sykliske typen . Etter at varmebehandlingen er avsluttet i henhold til teknologien, er arrangementet av molekyler eller aromatiske fragmenter slik at hovedaksene vil være parallelle med fiberaksen. Spenningen forhindrer at orienteringsgraden faller. De spesifikke egenskapene ved PAN -dekomponering under varmebehandling bestemmes av konsentrasjonen av podede monomerer. Hver type slike fibre bestemmer de første behandlingsbetingelsene.

Flytende krystallinsk petroleumsbakke må holdes ved temperaturer fra 350 til 400 grader i lang tid. Denne modusen vil føre til kondensering av polysykliske molekyler. Massen deres øker, og det holder gradvis å holde seg sammen (med dannelse av sfærulitter). Hvis oppvarmingen ikke stopper, vokser sfærulittene, molekylvekten øker, og resultatet er dannelsen av en kontinuerlig flytende krystallinsk fase . Krystaller er tidvis oppløselige i kinolin, men vanligvis oppløses de ikke både i det og i pyridin (dette avhenger av nyansene i teknologien).

Fibre hentet fra flytende krystallhøyde med 55 - 65% flytende krystaller flyter plastisk. Spinning utføres ved 350 - 400 grader. En sterkt orientert struktur dannes ved innledende oppvarming i en luftatmosfære ved 200 - 350 grader og påfølgende oppbevaring i en inert atmosfære. Fibre av merket Thornel P-55 må varmes opp til 2000 grader, jo høyere elastisitetsmodul, jo høyere temperatur bør være.

Nylig legger vitenskapelige og ingeniørarbeid mer og mer vekt på teknologien ved hjelp av hydrogenering. Den første produksjonen av fibre oppnås ofte ved å hydrogenere en blanding av kulltjærebane og naftal tyggegummi. I dette tilfellet bør tetrahydrokinolin være tilstede . Behandlingstemperaturen er 380 - 500 grader. Tørrstoff kan fjernes ved filtrering og sentrifugering; deretter blir tykkelsene tykkere ved forhøyet temperatur. For produksjon av karbon er det nødvendig å bruke (avhengig av teknologien) ganske mye utstyr:

• lag som fordeler vakuum;
• pumper;
• tetningsseler;
• arbeidsbord;
• feller;
• ledende mesh;
• vakuumfilmer;
• prepregs;
• autoklaver.

Markedsanmeldelse

Følgende karbonfiberprodusenter er ledende i det globale markedet:

• 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 produseres karbon i Russland:

• Chelyabinsk anlegg av karbon og komposittmaterialer;
• Balakovo Carbon Production;
• NPK Khimprominzhiniring;
• Saratov -foretaket "START".

Produkter og applikasjoner

Karbonfiber brukes til å lage sammensatt forsterkning. Det er også vanlig å bruke det for å få:

• toveis tekstiler;
• designer stoff;
• biaksialt og kvadroaksialt vev;
• ikke-vevd stoff;
• enveis tape;
• prepregs;
• utvendig forsterkning;
• fiber;
• seler.

En ganske seriøs innovasjon nå er infrarødt varmt gulv . I dette tilfellet brukes materialet som erstatning for den tradisjonelle metalltråden. Det kan generere 3 ganger mer varme, i tillegg reduseres energiforbruket med omtrent 50%. Elskere av modellering av komplekse teknikker bruker ofte karbonrør oppnådd ved vikling. Disse produktene er også etterspurt av produsenter av biler og annet utstyr. Karbonfiber brukes ofte for eksempel for håndbremser. Basert på dette materialet får du også:

• deler til flymodeller;
• helhette hetter;
• sykler;
• deler for tuning av biler og motorsykler.

Karbonstoffpaneler er 18% stivere enn aluminium og 14% mer enn konstruksjonsstål … Hylser basert på dette materialet er nødvendig for å få rør og rør med variabelt tverrsnitt, spiralprodukter av forskjellige profiler. De brukes også til produksjon og reparasjon av golfkøller. Det er også verdt å påpeke bruken av den. i produksjon av spesielt holdbare etuier for smarttelefoner og andre gadgets . Slike produkter er vanligvis av førsteklasses karakter og har forbedrede dekorative kvaliteter.

Når det gjelder pulver av dispergert grafitt, er det nødvendig:

• ved mottak av elektrisk ledende belegg;
• når du slipper lim av forskjellige typer;
• ved forsterkning av former og noen andre deler.

Karbonfiberkitt er bedre enn tradisjonell kitt på en rekke måter. Denne kombinasjonen er verdsatt av mange eksperter for sin plastisitet og mekaniske styrke. Sammensetningen er egnet for å dekke dype feil. Karbonstenger eller -stenger er sterke, lette og holdbare. Slikt materiale er nødvendig for:

• luftfart;
• rakettindustrien;
• utgivelse av sportsutstyr.

Ved pyrolyse av karboksylsyresalter kan ketoner og aldehyder oppnås. De utmerkede termiske egenskapene til karbonfiber gjør at den kan brukes i varmeovner og varmeputer. Slike varmeovner:

• økonomisk;
• pålitelig;
• er preget av imponerende effektivitet;
• ikke spre farlig stråling;
• relativt kompakt;
• perfekt automatisert;
• operert uten unødvendige problemer;
• ikke spre ekstern støy.

Kull-karbon-kompositter brukes til produksjon av:

• støtter for digler;
• koniske deler for vakuumsmelteovner;
• rørformede deler for dem.

Andre anvendelsesområder inkluderer:

• hjemmelagde kniver;
• bruk for en kronbladventil på motorer;
• bruk i konstruksjon.

Moderne byggherrer har lenge brukt dette materialet, ikke bare for utvendig forsterkning. Det er også nødvendig for å styrke steinhus og svømmebassenger. Det limte forsterkningslaget gjenoppretter egenskapene til støtter og bjelker i broer. Det brukes også når du lager septiktanker og innrammer naturlige, kunstige reservoarer, når du arbeider med en caisson og en silogrop.

Du kan også reparere verktøyhåndtak, fikse rør, fikse møbelben, slanger, håndtak, utstyrskasser, vinduskarmer og PVC -vinduer.