Fiberνα άνθρακα: τεχνολογία παραγωγής ινών άνθρακα στη Ρωσία, στόκος και ενδοδαπέδια θέρμανση με ίνες άνθρακα, πυκνότητα και χαρακτηριστικά ινών άνθρακα

2024 Συγγραφέας: Beatrice Philips | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-09 13:13

Η γνώση των πάντων για τις ίνες άνθρακα είναι πολύ σημαντική για κάθε σύγχρονο άνθρωπο. Κατανοώντας την τεχνολογία παραγωγής άνθρακα στη Ρωσία, την πυκνότητα και άλλα χαρακτηριστικά των ινών άνθρακα, θα είναι ευκολότερο να κατανοήσετε το εύρος της εφαρμογής του και να κάνετε τη σωστή επιλογή. Επιπλέον, θα πρέπει να μάθετε τα πάντα για το στόκο και την ενδοδαπέδια θέρμανση με ίνες άνθρακα, για τους ξένους κατασκευαστές αυτού του προϊόντος και για διάφορους τομείς εφαρμογής.

Ιδιαιτερότητες

Τα ονόματα ινών άνθρακα και ινών άνθρακα, και σε πολλές πηγές επίσης ανθρακονήματα, είναι πολύ συνηθισμένα. Αλλά η ιδέα για τα πραγματικά χαρακτηριστικά αυτών των υλικών και τις δυνατότητες χρήσης τους είναι πολύ διαφορετική για πολλούς ανθρώπους. Από τεχνική άποψη, αυτό το υλικό συναρμολογείται από σπειρώματα με διατομή όχι μικρότερη από 5 και όχι μεγαλύτερη από 15 μικρά … Σχεδόν όλη η σύνθεση αποτελείται από άτομα άνθρακα - εξ ου και το όνομα. Αυτά τα ίδια τα άτομα ομαδοποιούνται σε τραγανά κρύσταλλα που σχηματίζουν παράλληλες γραμμές.

Αυτός ο σχεδιασμός παρέχει πολύ υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό. Οι ίνες άνθρακα δεν είναι μια εντελώς νέα εφεύρεση . Τα πρώτα δείγματα παρόμοιου υλικού παραλήφθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν από τον Edison. Αργότερα, στα μέσα του εικοστού αιώνα, οι ίνες άνθρακα γνώρισαν μια αναγέννηση - και έκτοτε η χρήση της αυξάνεται σταθερά.

Οι ίνες άνθρακα είναι πλέον κατασκευασμένες από πολύ διαφορετικές πρώτες ύλες - και ως εκ τούτου οι ιδιότητές της μπορεί να ποικίλλουν σε μεγάλο βαθμό.

Σύνθεση και φυσικές ιδιότητες

Το πιο σημαντικό από τα χαρακτηριστικά των ινών άνθρακα παραμένει εξαιρετική θερμική αντίσταση … Ακόμα κι αν η ουσία θερμαίνεται έως 1600 - 2000 μοίρες, τότε ελλείψει οξυγόνου στο περιβάλλον οι παράμετροί της δεν θα αλλάξουν. Η πυκνότητα αυτού του υλικού, μαζί με το συνηθισμένο, είναι επίσης γραμμική (μετρημένη στο λεγόμενο tex). Με γραμμική πυκνότητα 600 tex, η μάζα 1 km ιστού θα είναι 600 g. Σε πολλές περιπτώσεις, το ελαστικό μέτρο του υλικού ή, όπως λένε, το μέτρο του Young, είναι επίσης πολύ σημαντικό.

Για ίνες υψηλής αντοχής, ο αριθμός αυτός κυμαίνεται από 200 έως 250 GPa. Fiberνα άνθρακα υψηλού συντελεστή κατασκευασμένο με βάση PAN έχει μέτρο ελαστικότητας περίπου 400 GPa. Για διαλύματα υγρών κρυστάλλων, αυτή η παράμετρος μπορεί να κυμαίνεται από 400 έως 700 GPa. Το μέτρο ελαστικότητας υπολογίζεται με βάση την εκτίμηση της τιμής του όταν τεντώνονται μεμονωμένοι κρύσταλλοι γραφίτη. Ο προσανατολισμός των ατομικών επιπέδων καθορίζεται χρησιμοποιώντας ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ.

Η προεπιλεγμένη επιφανειακή τάση είναι 0,86 N / m. Κατά την επεξεργασία του υλικού για να ληφθεί μια σύνθετη ίνα μετάλλου, ο αριθμός αυτός αυξάνεται σε 1,0 N / m . Η μέτρηση με τη μέθοδο της τριχοειδούς ανόδου βοηθά στον προσδιορισμό της αντίστοιχης παραμέτρου. Η θερμοκρασία τήξης των ινών που βασίζονται σε πετρελαιοπηγές είναι 200 μοίρες. Η περιστροφή πραγματοποιείται σε περίπου 250 μοίρες. το σημείο τήξης άλλων τύπων ινών εξαρτάται άμεσα από τη σύνθεσή τους.

Το μέγιστο πλάτος των υφασμάτων άνθρακα εξαρτάται από τις τεχνολογικές απαιτήσεις και αποχρώσεις. Για πολλούς κατασκευαστές, είναι 100 ή 125 cm. Όσον αφορά την αξονική ισχύ, θα είναι ίση με:

• για προϊόντα υψηλής αντοχής με βάση το PAN από 3000 έως 3500 MPa.
• για ίνες με σημαντική επιμήκυνση, αυστηρά 4500 MPa.
• για υλικό υψηλού συντελεστή από 2000 έως 4500 MPa.

Οι θεωρητικοί υπολογισμοί της σταθερότητας ενός κρυστάλλου υπό δύναμη εφελκυσμού προς το ατομικό επίπεδο του πλέγματος δίνουν μια εκτιμώμενη τιμή 180 GPa. Το αναμενόμενο πρακτικό όριο είναι 100 GPa. Ωστόσο, τα πειράματα δεν έχουν ακόμη επιβεβαιώσει την παρουσία ενός επιπέδου άνω των 20 GPa. Η πραγματική αντοχή των ινών άνθρακα περιορίζεται από τα μηχανικά ελαττώματα και τις αποχρώσεις της διαδικασίας κατασκευής. Η αντοχή εφελκυσμού ενός τμήματος με μήκος 1/10 mm που καθορίστηκε σε πρακτικές μελέτες θα είναι από 9 έως 10 GPa.

Η ίνα άνθρακα T30 αξίζει ιδιαίτερη προσοχή . Αυτό το υλικό χρησιμοποιείται κυρίως στην παραγωγή ράβδων. Αυτή η λύση διακρίνεται από την ελαφρότητα και την εξαιρετική ισορροπία. Ο δείκτης T30 υποδεικνύει ένα μέτρο ελαστικότητας 30 τόνων.

Οι πιο περίπλοκες διαδικασίες κατασκευής σάς επιτρέπουν να αποκτήσετε ένα προϊόν του επιπέδου T35 και ούτω καθεξής.

Τεχνολογία παραγωγής

Οι ίνες άνθρακα μπορούν να κατασκευαστούν από μια μεγάλη ποικιλία πολυμερών τύπων. Ο τρόπος επεξεργασίας καθορίζει δύο κύριους τύπους τέτοιων υλικών - ανθρακωμένους και γραφιτοποιημένους τύπους. Υπάρχει σημαντική διάκριση μεταξύ ινών που προέρχονται από PAN και διαφορετικών τύπων βήματος. Οι ποιοτικές ίνες άνθρακα, τόσο υψηλής αντοχής όσο και υψηλού συντελεστή, μπορούν να έχουν διαφορετικά επίπεδα σκληρότητας και συντελεστή . Είναι συνηθισμένο να τα παραπέμπουμε σε διαφορετικές μάρκες.

Οι ίνες κατασκευάζονται σε μορφή νήματος ή δέσμης. Σχηματίζονται από 1000 έως 10000 συνεχή νήματα. Μπορούν επίσης να κατασκευαστούν υφάσματα από αυτές τις ίνες, όπως τα ρυμουλκά (σε αυτή την περίπτωση, ο αριθμός των νημάτων είναι ακόμη μεγαλύτερος). Η πρώτη ύλη δεν είναι μόνο απλές ίνες, αλλά και γήπεδα υγρών κρυστάλλων, καθώς και πολυακρυλονιτρίλιο. Η διαδικασία παραγωγής συνεπάγεται πρώτα την παραγωγή των αρχικών ινών και στη συνέχεια θερμαίνονται στον αέρα στους 200 - 300 μοίρες.

Στην περίπτωση του PAN, αυτή η διαδικασία ονομάζεται προεπεξεργασία ή ενίσχυση αντίστασης στη φωτιά. Μετά από μια τέτοια διαδικασία, το pitch αποκτά μια τόσο σημαντική ιδιότητα όπως το infusibility. Οι ίνες οξειδώνονται μερικώς. Ο τρόπος περαιτέρω θέρμανσης καθορίζει αν θα ανήκουν στην ανθρακωμένη ή γραφικοποιημένη ομάδα . Το τέλος της εργασίας συνεπάγεται την παροχή στην επιφάνεια των απαραίτητων ιδιοτήτων, μετά την οποία τελειώνει ή μεγεθύνεται.

Η οξείδωση στον αέρα αυξάνει την αντίσταση στη φωτιά όχι μόνο ως αποτέλεσμα της οξείδωσης. Η συμβολή γίνεται όχι μόνο με μερική αφυδρογόνωση, αλλά και με διαμοριακή διασταύρωση και άλλες διαδικασίες. Επιπλέον, μειώνεται η ευαισθησία του υλικού σε τήξη και πτητικοποίηση ατόμων άνθρακα. Η ανθρακοποίηση (σε φάση υψηλής θερμοκρασίας) συνοδεύεται από αεριοποίηση και διαφυγή όλων των ξένων ατόμων.

Οι ίνες PAN θερμαίνονται στους 200 - 300 μοίρες παρουσία αέρα μαυρίζουν.

Η επακόλουθη ενανθράκωσή τους πραγματοποιείται σε περιβάλλον αζώτου στους 1000 - 1500 μοίρες. Το βέλτιστο επίπεδο θέρμανσης, σύμφωνα με έναν αριθμό τεχνολόγων, είναι 1200 - 1400 μοίρες . Οι ίνες υψηλού μέτρου θα πρέπει να θερμανθούν έως περίπου 2500 μοίρες. Στο προκαταρκτικό στάδιο, το PAN λαμβάνει μια μικροδομή σκάλας. Η συμπύκνωση σε ενδομοριακό επίπεδο, συνοδευόμενη από την εμφάνιση πολυκυκλικής αρωματικής ουσίας, είναι «υπεύθυνη» για την εμφάνισή της.

Όσο περισσότερο ανεβαίνει η θερμοκρασία, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η δομή του κυκλικού τύπου . Μετά το τέλος της θερμικής επεξεργασίας σύμφωνα με την τεχνολογία, η διάταξη μορίων ή αρωματικών θραυσμάτων είναι τέτοια ώστε οι κύριοι άξονες να είναι παράλληλοι με τον άξονα των ινών. Η ένταση εμποδίζει την πτώση του βαθμού προσανατολισμού. Τα ειδικά χαρακτηριστικά της αποσύνθεσης του PAN κατά τη θερμική επεξεργασία καθορίζονται από τη συγκέντρωση εμβολιασμένων μονομερών. Κάθε τύπος τέτοιων ινών καθορίζει τις αρχικές συνθήκες επεξεργασίας.

Η πίσσα του υγρού κρυσταλλικού πετρελαίου πρέπει να διατηρείται σε θερμοκρασίες από 350 έως 400 μοίρες για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αυτός ο τρόπος θα οδηγήσει σε συμπύκνωση πολυκυκλικών μορίων. Η μάζα τους αυξάνεται και η συγκόλληση γίνεται σταδιακά (με το σχηματισμό σφαιριλιθών). Εάν η θέρμανση δεν σταματήσει, οι σφαιριλίτες μεγαλώνουν, το μοριακό βάρος αυξάνεται και το αποτέλεσμα είναι ο σχηματισμός μιας συνεχούς υγρής κρυσταλλικής φάσης . Οι κρύσταλλοι είναι περιστασιακά διαλυτοί στην κινολίνη, αλλά συνήθως δεν διαλύονται τόσο σε αυτήν όσο και σε πυριδίνη (αυτό εξαρτάται από τις αποχρώσεις της τεχνολογίας).

Οι ίνες που λαμβάνονται από το βήμα υγρών κρυστάλλων με 55 - 65% υγρούς κρυστάλλους ρέουν πλαστικά. Η περιστροφή πραγματοποιείται σε 350 - 400 μοίρες. Μια εξαιρετικά προσανατολισμένη δομή σχηματίζεται με αρχική θέρμανση σε ατμόσφαιρα αέρα στους 200 - 350 μοίρες και επακόλουθη συγκράτηση σε αδρανή ατμόσφαιρα. Οι ίνες της μάρκας Thornel P-55 πρέπει να θερμαίνονται έως 2000 μοίρες, όσο υψηλότερο είναι το μέτρο ελαστικότητας, τόσο υψηλότερη πρέπει να είναι η θερμοκρασία.

Πρόσφατα, επιστημονικά και μηχανικά έργα δίνουν όλο και περισσότερη προσοχή στην τεχνολογία που χρησιμοποιεί υδρογόνωση. Η αρχική παραγωγή ινών επιτυγχάνεται συχνά με υδρογόνωση ενός μείγματος πίσσας άνθρακα και ναφθαλικού κόμμεως. Σε αυτή την περίπτωση, θα πρέπει να υπάρχει τετραϋδροκινολίνη . Η θερμοκρασία επεξεργασίας είναι 380 - 500 μοίρες. Τα στερεά μπορούν να απομακρυνθούν με διήθηση και φυγοκέντρηση. τότε τα γήπεδα πυκνώνουν σε αυξημένη θερμοκρασία. Για την παραγωγή άνθρακα, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε (ανάλογα με την τεχνολογία) αρκετά μεγάλη ποικιλία εξοπλισμού:

• στρώματα που κατανέμουν το κενό.
• γοβάκια;
• ιμάντες στεγανοποίησης?
• τραπέζια εργασίας?
• παγίδες?
• αγώγιμο πλέγμα?
• φιλμ κενού?
• prepregs?
• αυτόκλειστα.

Επισκόπηση αγοράς

Οι ακόλουθοι κατασκευαστές ινών άνθρακα πρωτοπορούν στην παγκόσμια αγορά:

• Thornell, Fortafil and Celion (Ηνωμένες Πολιτείες).
• Grafil and Modmore (Αγγλία).
• Kureha-Lone και Toreika (Ιαπωνία).
• Cytec Industries;
• Hexcel;
• SGL Group;
• Toray Industries;
• Zoltek;
• Mitsubishi Rayon.

Σήμερα ο άνθρακας παράγεται στη Ρωσία:

• Εργοστάσιο από άνθρακα και σύνθετα υλικά στο Chelyabinsk.
• Balakovo Carbon Production;
• NPK Khimprominzhiniring;
• Η επιχείρηση Saratov "START".

Προϊόντα και εφαρμογές

Οι ίνες άνθρακα χρησιμοποιούνται για την κατασκευή σύνθετου οπλισμού. Είναι επίσης συνηθισμένο να το χρησιμοποιείτε για να πάρετε:

• υφάσματα διπλής κατεύθυνσης.
• υφάσματα σχεδιαστών?
• διαξονικός και τετρααξονικός ιστός ·
• μη υφασμένο ύφασμα?
• ταινία μονής κατεύθυνσης.
• prepregs?
• εξωτερική ενίσχυση?
• ίνα;
• λουριά.

Μια αρκετά σοβαρή καινοτομία είναι τώρα υπέρυθρο ζεστό πάτωμα . Σε αυτή την περίπτωση, το υλικό χρησιμοποιείται ως αντικατάσταση του παραδοσιακού μεταλλικού σύρματος. Μπορεί να παράγει 3 φορές περισσότερη θερμότητα, επιπλέον, η κατανάλωση ενέργειας μειώνεται κατά περίπου 50%. Οι λάτρεις της μοντελοποίησης σύνθετων τεχνικών χρησιμοποιούν συχνά σωλήνες άνθρακα που λαμβάνονται με τύλιγμα. Αυτά τα προϊόντα είναι επίσης σε ζήτηση από κατασκευαστές αυτοκινήτων και άλλου εξοπλισμού. Οι ίνες άνθρακα χρησιμοποιούνται συχνά για φρένα χειρός, για παράδειγμα. Επίσης, με βάση αυτό το υλικό, λάβετε:

• ανταλλακτικά για μοντέλα αεροσκαφών ·
• κουκούλες μονοκόμματες?
• ποδήλατα?
• ανταλλακτικά για ρύθμιση αυτοκινήτων και μοτοσυκλετών.

Τα υφασμάτινα πάνελ από άνθρακα είναι 18% πιο σκληρά από το αλουμίνιο και 14% περισσότερα από το δομικό χάλυβα … Μανίκια που βασίζονται σε αυτό το υλικό χρειάζονται για τη λήψη σωλήνων και σωλήνων μεταβλητής διατομής, σπειροειδών προϊόντων διαφόρων προφίλ. Χρησιμοποιούνται επίσης για την παραγωγή και επισκευή μπαστούνια γκολφ. Αξίζει επίσης να επισημανθεί η χρήση του. στην παραγωγή ιδιαίτερα ανθεκτικών θήκων για smartphone και άλλα gadget . Τέτοια προϊόντα είναι συνήθως εξαιρετικής ποιότητας και έχουν ενισχυμένες διακοσμητικές ιδιότητες.

Όσο για τη σκόνη διασκορπισμένου τύπου γραφίτη, χρειάζεται:

• όταν λαμβάνετε ηλεκτρικά αγώγιμες επιστρώσεις.
• κατά την απελευθέρωση κόλλας διαφόρων τύπων.
• κατά την ενίσχυση καλουπιών και ορισμένων άλλων μερών.

Ο στόκος από ίνες άνθρακα είναι καλύτερος από τον παραδοσιακό στόκο με διάφορους τρόπους. Αυτός ο συνδυασμός εκτιμάται από πολλούς ειδικούς για την πλαστικότητα και τη μηχανική του αντοχή. Η σύνθεση είναι κατάλληλη για την κάλυψη βαθιών ελαττωμάτων. Οι ράβδοι ή οι ράβδοι άνθρακα είναι ισχυρές, ελαφριές και μεγάλης διάρκειας. Τέτοιο υλικό απαιτείται για:

• αεροπορία;
• τη βιομηχανία πυραύλων ·
• απελευθέρωση αθλητικού εξοπλισμού.

Με πυρόλυση αλάτων καρβοξυλικού οξέος, μπορούν να ληφθούν κετόνες και αλδεhyδες. Οι εξαιρετικές θερμικές ιδιότητες των ινών άνθρακα επιτρέπουν τη χρήση του σε θερμάστρες και θερμαντικά μαξιλάρια. Τέτοιοι θερμαντήρες:

• οικονομικός;
• αξιόπιστος;
• διακρίνονται από εντυπωσιακή απόδοση.
• μην εξαπλώνετε επικίνδυνη ακτινοβολία ·
• σχετικά συμπαγές?
• τέλεια αυτοματοποιημένο?
• λειτουργεί χωρίς περιττά προβλήματα.
• μην διαδίδετε παράξενο θόρυβο.

Τα σύνθετα υλικά άνθρακα-άνθρακα χρησιμοποιούνται στην παραγωγή:

• υποστηρίγματα για χωνευτήρια ·
• κωνικά μέρη για φούρνους τήξης υπό κενό ·
• σωληνοειδή μέρη για αυτά.

Οι πρόσθετοι τομείς εφαρμογής περιλαμβάνουν:

• σπιτικά μαχαίρια?
• χρήση για βαλβίδα πετάλων σε κινητήρες.
• χρήση στην οικοδομή.

Οι σύγχρονοι κατασκευαστές χρησιμοποιούν εδώ και καιρό αυτό το υλικό όχι μόνο για εξωτερική ενίσχυση. Χρειάζεται επίσης για την ενίσχυση των πέτρινων σπιτιών και των πισινών. Το κολλημένο ενισχυτικό στρώμα αποκαθιστά τις ιδιότητες των στηριγμάτων και των δοκών στις γέφυρες. Χρησιμοποιείται επίσης όταν δημιουργείτε σηπτικές δεξαμενές και πλαισιώνετε φυσικές, τεχνητές δεξαμενές, όταν εργάζεστε με ένα καζάνι και ένα λάκκο σιλό.

Μπορείτε επίσης να επισκευάσετε λαβές εργαλείων, να στερεώσετε σωλήνες, να στερεώσετε πόδια ποδηλάτων, εύκαμπτους σωλήνες, λαβές, θήκες εξοπλισμού, περβάζια παραθύρων και παράθυρα PVC.