Τα πάντα για τις ίνες άνθρακα

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 κατανοήσουμε το πεδίο εφαρμογής της και να κάνουμε τη σωστή επιλογή. Επιπλέον, θα πρέπει να μάθετε τα πάντα για το στόκο και την ενδοδαπέδια θέρμανση με ανθρακονήματα, για ξένους κατασκευαστές αυτού του προϊόντος και για διάφορους τομείς εφαρμογής.

Οι ονομασίες ανθρακονήματα και ανθρακονήματα, και σε πολλές πηγές και ανθρακονήματα, είναι πολύ κοινά. Αλλά η ιδέα των πραγματικών χαρακτηριστικών αυτών των υλικών και των δυνατοτήτων χρήσης τους είναι αρκετά διαφορετική για πολλούς ανθρώπους. Από τεχνική άποψη, αυτό το υλικό συναρμολογείται από νήματα 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 άτομα ομαδοποιούνται σε καθαρούς κρυστάλλους 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 παρελήφθησαν και χρησιμοποιήθηκαν από τον Edison. Αργότερα, στα μέσα του εικοστού αιώνα, οι ίνες άνθρακα γνώρισαν μια αναγέννηση - και έκτοτε η χρήση τους αυξάνεται σταθερά.

Το πιο σημαντικό από τα χαρακτηριστικά των ανθρακονημάτων παραμένει εξαιρετική αντοχή στη θερμότητα... Ακόμα κι αν η ουσία θερμαίνεται στους 1600 - 2000 βαθμούς, τότε ελλείψει οξυγόνου στο περιβάλλον οι παράμετροί της δεν θα αλλάξουν. Η πυκνότητα αυτού του υλικού, μαζί με τη συνηθισμένη, είναι επίσης γραμμική (μετρούμενη στο λεγόμενο tex). Με γραμμική πυκνότητα 600 tex, η μάζα 1 km ιστού θα είναι 600 g. Σε πολλές περιπτώσεις, ο συντελεστής ελαστικότητας του υλικού, ή, όπως λένε, ο συντελεστής του Young, είναι επίσης εξαιρετικά σημαντικός.

Για ίνες υψηλής αντοχής, ο αριθμός αυτός κυμαίνεται από 200 έως 250 GPa. Οι ίνες άνθρακα υψηλού συντελεστή με βάση το PAN έχουν συντελεστή ελαστικότητας περίπου 400 GPa. Για διαλύματα υγρών κρυστάλλων, αυτή η παράμετρος μπορεί να κυμαίνεται από 400 έως 700 GPa. Ο συντελεστής 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 τη λήψη μιας σύνθετης ίνας μετάλλου, ο αριθμός αυτός αυξάνεται σε 1,0 N / m. Η μέτρηση με τη μέθοδο τριχοειδούς ανάβασης βοηθά στον προσδιορισμό της αντίστοιχης παραμέτρου. Το σημείο τήξης των ινών με βάση τις πίνες πετρελαίου είναι 200 ​​μοίρες. Το στύψιμο λαμβάνει χώρα 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 αντοχή, θα είναι ίση με:

• για προϊόντα υψηλής αντοχής που βασίζονται σε PAN από 3000 έως 3500 MPa.
• για ίνες με σημαντική επιμήκυνση, αυστηρά 4500 MPa.
• για υλικό υψηλής αντοχής από 2000 έως 4500 MPa.

Οι θεωρητικοί υπολογισμοί της σταθερότητας ενός κρυστάλλου υπό μια 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 επιπέδου άνω των 20 GPa. Η πραγματική αντοχή των ινών άνθρακα περιορίζεται από τα μηχανικά ελαττώματα και τις αποχρώσεις της διαδικασίας κατασκευής. Η αντοχή σε εφελκυσμό τμήματος μήκους 1/10 mm που καθορίζεται σε πρακτικές μελέτες θα είναι από 9 έως 10 GPa.

Το ανθρακονήματα T30 αξίζει ιδιαίτερης προσοχής. Αυτό το υλικό χρησιμοποιείται κυρίως στην παραγωγή ράβδων. Αυτή η λύση διακρίνεται για την ελαφρότητα και την εξαιρετική ισορροπία της. Ο δείκτης T30 υποδηλώνει συντελεστή ελαστικότητας 30 τόνων.

Οι ίνες άνθρακα μπορούν να κατασκευαστούν από μια μεγάλη ποικιλία τύπων πολυμερών. Ο τρόπος επεξεργασίας καθορίζει δύο κύριους τύπους τέτοιων υλικών - τους ανθρακούχους και τους γραφιτισμένους τύπους. Υπάρχει μια σημαντική διάκριση μεταξύ των ινών που προέρχονται από το PAN και των διαφορετικών τύπων τόνου. Οι ποιοτικές ίνες άνθρακα, τόσο υψηλής αντοχής όσο και υψηλού συντελεστή, μπορούν να έχουν διαφορετικά επίπεδα σκληρότητας και συντελεστή. Συνηθίζεται 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 ρυμουλκούμενα (σε αυτή την περίπτωση, ο αριθμός των νημάτων είναι ακόμη μεγαλύτερος). Η πρώτη ύλη δεν είναι μόνο απλές ίνες, αλλά και πίνες υγρών κρυστάλλων, καθώς και πολυακρυλονιτρίλιο. Η διαδικασία παραγωγής συνεπάγεται πρώτα την παραγωγή των αρχικών ινών και στη συνέχεια θερμαίνονται στον αέρα στους 200 - 300 βαθμούς.

Στην περίπτωση του PAN, αυτή η διαδικασία ονομάζεται προεπεξεργασία ή ενίσχυση αντίστασης στη φωτιά. Μετά από μια τέτοια διαδικασία, η πίσσα αποκτά μια τόσο σημαντική ιδιότητα όπως η δυνατότητα έγχυσης. Οι ίνες είναι μερικώς οξειδωμένες. Ο τρόπος περαιτέρω θέρμανσης καθορίζει αν θα ανήκουν στην ομάδα ανθρακούχων ή γραφιτοποιημένων. Το τέλος της εργασίας συνεπάγεται την παροχή στην επιφάνεια των απαραίτητων ιδιοτήτων, μετά την οποία τελειώνει ή διαστασιολογείται.

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

Η επακόλουθη ενανθράκωσή τους πραγματοποιείται σε περιβάλλον αζώτου στους 1000 - 1500 βαθμούς. Το βέλτιστο επίπεδο θέρμανσης, σύμφωνα με έναν αριθμό τεχνολόγων, είναι 1200 - 1400 μοίρες. Οι ίνες υψηλού συντελεστή θα πρέπει να θερμανθούν μέχρι περίπου 2500 μοίρες. Στο προκαταρκτικό στάδιο, το PAN λαμβάνει μια μικροδομή σκάλας. Η συμπύκνωση σε ενδομοριακό επίπεδο, που συνοδεύεται από την εμφάνιση μιας 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 των μορίων ή των αρωματικών θραυσμάτων είναι τέτοια ώστε οι κύριοι άξονες να είναι παράλληλοι με τον άξονα των ινών. Η τάση εμποδίζει την πτώση του βαθμού προσανατολισμού. Τα ειδικά χαρακτηριστικά της αποσύνθεσης του PAN κατά τη θερμική επεξεργασία καθορίζονται από τη συγκέντρωση των εμβολιασμένων μονομερών. Κάθε τύπος τέτοιων ινών καθορίζει τις αρχικές συνθήκες επεξεργασίας.

Η πίσσα υγρών κρυστάλλων πρέπει να διατηρείται για μεγάλο χρονικό διάστημα σε θερμοκρασίες από 350 έως 400 βαθμούς. Αυτός ο τρόπος θα οδηγήσει σε συμπύκνωση πολυκυκλικών μορίων. Η μάζα τους αυξάνεται και σταδιακά εμφανίζεται η συγκόλληση (με το σχηματισμό σφαιριλιτών). Εάν η θέρμανση δεν σταματήσει, οι σφαιρίτες 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 στην πυριδίνη (αυτό εξαρτάται από τις αποχρώσεις της τεχνολογίας).

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

Πρόσφατα, επιστημονικές και μηχανολογικές εργασίες δίνουν όλο και μεγαλύτερη προσοχή στην τεχνολογία που χρησιμοποιεί την υδρογόνωση. Η αρχική παραγωγή ινών επιτυγχάνεται συχνά με υδρογόνωση ενός μίγματος λιθανθρακόπισσας και ναφθαλικού κόμμεος. Σε αυτή την περίπτωση, θα πρέπει να υπάρχει τετραϋδροκινολίνη. Η θερμοκρασία επεξεργασίας είναι 380 - 500 μοίρες. Τα στερεά μπορούν να αφαιρεθούν με διήθηση και φυγοκέντρηση. τότε οι θέσεις παχύνονται σε αυξημένη θερμοκρασία. Για την παραγωγή άνθρακα, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί (ανάλογα με την τεχνολογία) μια μεγάλη ποικιλία εξοπλισμού:

• στρώματα που διανέμουν το κενό.
• γοβάκια;
• λουριά στεγανοποίησης?
• τραπέζια εργασίας?
• παγίδες?
• αγώγιμο πλέγμα?
• μεμβράνες κενού?
• prepregs?
• αυτόκλειστα.

Οι παρακάτω κατασκευαστές ανθρακονημάτων πρωτοστατούν στην παγκόσμια αγορά:

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

Σήμερα ο άνθρακας παράγεται στη Ρωσία:

• Εργοστάσιο του Chelyabinsk για άνθρακα και σύνθετα υλικά.
• Balakovo Carbon Production;
• NPK Khimprominzhiniring;
• Επιχείρηση Σαράτοφ "START".

Οι ίνες άνθρακα χρησιμοποιούνται για την κατασκευή σύνθετων ενισχύσεων. Είναι επίσης σύνηθες να το χρησιμοποιείτε για να λάβετε:

• αμφίδρομα υφάσματα?
• Επώνυμα υφάσματα?
• διαξονικός και τετρααξονικός ιστός.
• μη υφαντό ύφασμα?
• ταινία μονής κατεύθυνσης?
• prepregs?
• εξωτερική ενίσχυση?
• ίνα;
• ιμάντες.

Μια μάλλον σοβαρή καινοτομία είναι τώρα θερμό δάπεδο υπέρυθρης ακτινοβολίας. 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 των σύνθετων τεχνικών μοντελοποίησης χρησιμοποιούν συχνά σωλήνες άνθρακα που λαμβάνονται με περιέλιξη. Αυτά τα προϊόντα είναι επίσης σε ζήτηση από κατασκευαστές αυτοκινήτων και άλλου εξοπλισμού. Οι ίνες άνθρακα χρησιμοποιούνται συχνά για χειρόφρενα, για παράδειγμα. Επίσης, με βάση αυτό το υλικό, λάβετε:

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

Τα πάνελ από ανθρακονήματα είναι 18% πιο άκαμπτα από το αλουμίνιο και 14% περισσότερο από το δομικό χάλυβα... Τα μανίκια με βάση αυτό το υλικό χρειάζονται για την απόκτηση 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 θηκών για smartphone και άλλα gadget. Τέτοια προϊόντα είναι συνήθως υψηλής ποιότητας και έχουν ενισχυμένες διακοσμητικές ιδιότητες.

Όσον αφορά τη σκόνη τύπου διασκορπισμένου γραφίτη, χρειάζεται:

• κατά τη λήψη ηλεκτρικά αγώγιμων επιστρώσεων.
• κατά την απελευθέρωση κόλλας διαφόρων τύπων.
• κατά την ενίσχυση καλουπιών και ορισμένων άλλων εξαρτημάτων.

Ο στόκος από ανθρακονήματα 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 ράβδοι άνθρακα είναι ισχυρές, ελαφριές και μακράς διαρκείας. Τέτοιο υλικό είναι απαραίτητο για:

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

Με πυρόλυση αλάτων καρβοξυλικού οξέος, μπορούν να ληφθούν κετόνες και αλδεΰδες.Οι εξαιρετικές θερμικές ιδιότητες των ανθρακονημάτων επιτρέπουν τη χρήση τους σε θερμάστρες και θερμαντικά επιθέματα. Τέτοιες θερμάστρες:

• οικονομικός;
• αξιόπιστος;
• διακρίνονται από εντυπωσιακή αποτελεσματικότητα.
• μην διαχέετε επικίνδυνη ακτινοβολία.
• σχετικά συμπαγής?
• τέλεια αυτοματοποιημένο?
• λειτουργεί χωρίς περιττά προβλήματα.
• μην διαχέετε εξωτερικό θόρυβο.

Τα σύνθετα υλικά άνθρακα-άνθρακα χρησιμοποιούνται στην παραγωγή:

• στηρίγματα για χωνευτήρια.
• Κωνικά μέρη για κλιβάνους τήξης κενού.
• σωληνωτά μέρη για αυτά.

Πρόσθετοι τομείς εφαρμογής περιλαμβάνουν:

• σπιτικά μαχαίρια?
• χρήση για βαλβίδα πετάλου σε κινητήρες.
• χρήση στην κατασκευή.

Οι σύγχρονοι κατασκευαστές έχουν από καιρό χρησιμοποιήσει 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 στηρίξεων και των δοκών στις γέφυρες. Χρησιμοποιείται επίσης κατά τη δημιουργία σηπτικών δεξαμενών και τη διαμόρφωση φυσικών, τεχνητών δεξαμενών, όταν εργάζεστε με κασόνι και λάκκο σιλό.

Στο επόμενο βίντεο θα βρείτε περισσότερες πληροφορίες για την παραγωγή ανθρακονημάτων.