Fibra De Carbon: Tehnologie De Producție A Fibrei De Carbon în Rusia, Chit și încălzire Prin Pardoseală Cu Fibră De Carbon, Densitatea și Caracteristicile Fibrei De Carbon

2024 Autor: Beatrice Philips | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-09 13:42

Știind totul despre fibra de carbon este foarte important pentru fiecare persoană modernă. Înțelegând tehnologia producției de carbon din Rusia, densitatea și alte caracteristici ale fibrelor de carbon, va fi mai ușor să înțelegeți domeniul de aplicare și să faceți alegerea corectă. În plus, ar trebui să aflați totul despre chit și încălzirea prin pardoseală cu fibră de carbon, despre producătorii străini ai acestui produs și despre diferite domenii de aplicare.

Particularități

Denumirile de fibră de carbon și fibră de carbon și, într-o serie de surse, și fibre de carbon, sunt foarte frecvente. Dar ideea caracteristicilor reale ale acestor materiale și a posibilităților de utilizare a acestora este destul de diferită pentru mulți oameni. Din punct de vedere tehnic, acest material este asamblat din fire cu o secțiune transversală de cel puțin 5 și nu mai mult de 15 microni … Aproape toată compoziția este alcătuită din atomi de carbon - de unde și numele. Acești atomi în sine sunt grupați în cristale clare care formează linii paralele.

Acest design oferă o rezistență foarte mare la tracțiune. Fibra de carbon nu este o invenție complet nouă . Primele mostre dintr-un material similar au fost primite și utilizate de Edison. Mai târziu, la mijlocul secolului al XX-lea, fibra de carbon a cunoscut o renaștere - și de atunci utilizarea sa a crescut constant.

Fibra de carbon este acum fabricată din materii prime destul de diferite - și, prin urmare, proprietățile sale pot varia foarte mult.

Compoziție și proprietăți fizice

Cea mai importantă dintre caracteristicile fibrei de carbon rămâne a sa rezistență excepțională la căldură … Chiar dacă substanța este încălzită până la 1600 - 2000 de grade, atunci în absența oxigenului în mediu parametrii săi nu se vor schimba. Densitatea acestui material, împreună cu cea obișnuită, este, de asemenea, liniară (măsurată în așa-numitul tex). Cu o densitate liniară de 600 tex, masa de 1 km de bandă va fi de 600 g. În multe cazuri, modulul elastic al materialului sau, după cum se spune, modulul lui Young, este de asemenea extrem de important.

Pentru fibrele de înaltă rezistență, această cifră variază de la 200 la 250 GPa. Fibra de carbon cu modul ridicat realizată pe baza PAN are un modul elastic de aproximativ 400 GPa. Pentru soluțiile cu cristale lichide, acest parametru poate varia de la 400 la 700 GPa. Modulul elastic este calculat pe baza estimării valorii sale atunci când cristalele de grafit individuale sunt întinse. Orientarea planurilor atomice este stabilită utilizând analiza difracției cu raze X.

Tensiunea superficială implicită este de 0,86 N / m. Când se prelucrează materialul pentru a obține o fibră metal-compozită, această cifră crește la 1,0 N / m . Măsurarea prin metoda ascensiunii capilare ajută la determinarea parametrului corespunzător. Temperatura de topire a fibrelor pe bază de pasuri de petrol este de 200 de grade. Filarea are loc la aproximativ 250 de grade; punctul de topire al altor tipuri de fibre depinde direct de compoziția lor.

Lățimea maximă a cârpelor de carbon depinde de cerințele și nuanțele tehnologice. Pentru mulți producători, este de 100 sau 125 cm. În ceea ce privește rezistența axială, aceasta va fi egală cu:

• pentru produse de înaltă rezistență bazate pe PAN de la 3000 la 3500 MPa;
• pentru fibre cu alungire semnificativă, strict 4500 MPa;
• pentru material cu modul înalt de la 2000 la 4500 MPa.

Calculele teoretice ale stabilității unui cristal sub o forță de tracțiune către planul atomic al rețelei dau o valoare estimată de 180 GPa. Limita practică preconizată este de 100 GPa. Cu toate acestea, experimentele nu au confirmat încă prezența unui nivel mai mare de 20 GPa. Rezistența reală a fibrei de carbon este limitată de defectele sale mecanice și de nuanțele procesului de fabricație. Rezistența la tracțiune a unei secțiuni cu o lungime de 1/10 mm stabilită în studiile practice va fi de la 9 la 10 GPa.

Fibra de carbon T30 merită o atenție specială . Acest material este utilizat în principal în producția de tije. Această soluție se distinge prin ușurința și echilibrul excelent. Indicele T30 denotă un modul de elasticitate de 30 de tone.

Procese de fabricație mai complexe vă permit să obțineți un produs de nivelul T35 și așa mai departe.

Tehnologie de producție

Fibra de carbon poate fi fabricată dintr-o mare varietate de tipuri de polimeri. Modul de procesare determină două tipuri principale de astfel de materiale - tipurile carbonizate și tipurile grafitizate. Există o distincție importantă între fibrele derivate din PAN și diferite tipuri de înălțime. Fibrele de carbon de calitate, atât cu rezistență ridicată, cât și cu modul ridicat, pot avea niveluri diferite de duritate și modul . Este obișnuit să le referiți la diferite mărci.

Fibrele sunt realizate în format de filament sau pachet. Acestea sunt formate de la 1000 la 10000 de filamente continue. Se pot realiza și țesături din aceste fibre, precum remorcile (în acest caz, numărul filamentelor este și mai mare). Materia primă de pornire este nu numai fibre simple, ci și pasuri de cristal lichid, precum și poliacrilonitril. Procesul de producție implică mai întâi producerea fibrelor originale și apoi acestea sunt încălzite în aer la 200 - 300 de grade.

În cazul PAN, acest proces se numește pretratare sau îmbunătățirea rezistenței la foc. După o astfel de procedură, pitch-ul capătă o proprietate atât de importantă ca infuzibilitatea. Fibrele sunt parțial oxidate. Modul de încălzire ulterioară determină dacă acestea vor aparține grupului carbonizat sau grafitizat . Sfârșitul lucrării implică acordarea suprafeței proprietăților necesare, după care este finisată sau dimensionată.

Oxidarea în aer crește rezistența la foc nu numai ca urmare a oxidării. Contribuția se face nu numai prin dehidrogenare parțială, ci și prin reticulare intermoleculară și alte procese. În plus, susceptibilitatea materialului la topirea și volatilizarea atomilor de carbon este redusă. Carbonizarea (în faza de temperatură ridicată) este însoțită de gazeificare și evadarea tuturor atomilor străini.

Fibrele PAN încălzite la 200 - 300 de grade în prezența aerului se înnegresc.

Carbonizarea lor ulterioară se efectuează într-un mediu cu azot la 1000 - 1500 de grade. Conform unui număr de tehnologi, nivelul optim de încălzire este de 1200 - 1400 de grade . Fibra cu modul ridicat va trebui încălzită până la aproximativ 2500 de grade. În etapa preliminară, PAN primește o microstructură de scară. Condensarea la nivel intramolecular, însoțită de apariția unei substanțe aromatice policiclice, este „responsabilă” de apariția acesteia.

Cu cât temperatura crește mai mult, cu atât va fi mai mare structura de tip ciclic . După terminarea tratamentului termic conform tehnologiei, dispunerea moleculelor sau a fragmentelor aromatice este de așa natură încât axele principale vor fi paralele cu axa fibrelor. Tensiunea previne căderea gradului de orientare. Caracteristicile specifice descompunerii PAN în timpul tratamentului termic sunt determinate de concentrația monomerilor altoiți. Fiecare tip de astfel de fibre determină condițiile inițiale de procesare.

Pasul lichid de petrol cristalin trebuie păstrat la temperaturi cuprinse între 350 și 400 de grade pentru o lungă perioadă de timp. Acest mod va duce la condensarea moleculelor policiclice. Masa lor crește, iar lipirea împreună are loc treptat (odată cu formarea sferulitelor). Dacă încălzirea nu se oprește, sferulitele cresc, greutatea moleculară crește și rezultatul este formarea unei faze cristaline lichide continue . Cristalele sunt uneori solubile în chinolină, dar de obicei nu se dizolvă atât în ea, cât și în piridină (acest lucru depinde de nuanțele tehnologiei).

Fibrele obținute din pasul cristalelor lichide cu 55 - 65% cristale lichide curg plastic. Filarea se efectuează la 350 - 400 de grade. O structură foarte orientată se formează prin încălzirea inițială într-o atmosferă de aer la 200 - 350 de grade și menținerea ulterioară într-o atmosferă inertă. Fibrele mărcii Thornel P-55 trebuie încălzite până la 2000 de grade, cu cât modul de elasticitate este mai mare, cu atât temperatura ar trebui să fie mai mare.

Recent, lucrările științifice și inginerești acordă din ce în ce mai multă atenție tehnologiei care utilizează hidrogenarea. Producția inițială de fibre se realizează adesea prin hidrogenarea unui amestec de pas de gudron de cărbune și gumă naftalică. În acest caz, ar trebui să existe tetrahidroquinolină . Temperatura de procesare este de 380 - 500 de grade. Solidele pot fi îndepărtate prin filtrare și centrifugare; apoi pitch-urile sunt îngroșate la o temperatură ridicată. Pentru producția de carbon, este necesar să se utilizeze (în funcție de tehnologie) o varietate de echipamente:

• straturi care distribuie vidul;
• pompe;
• hamuri de etanșare;
• mese de lucru;
• capcane;
• plasă conductivă;
• filme cu vid;
• prepregs;
• autoclave.

Analiza pieței

Următorii producători de fibre de carbon sunt lideri pe piața mondială:

• Thornell, Fortafil și Celion (Statele Unite);
• Grafil și Modmore (Anglia);
• Kureha-Lone și Toreika (Japonia);
• Cytec Industries;
• Hexcel;
• Grupul SGL;
• Toray Industries;
• Zoltek;
• Mitsubishi Rayon.

Astăzi carbonul este produs în Rusia:

• Planta Chelyabinsk de carbon și materiale compozite;
• Producția de carbon Balakovo;
• NPK Khimprominzhiniring;
• Întreprinderea Saratov „START”.

Produse și aplicații

Fibra de carbon este utilizată pentru realizarea armăturilor compozite. De asemenea, este obișnuit să-l utilizați pentru a obține:

• țesături bidirecționale;
• țesături de designer;
• țesut biaxial și cvadroaxial;
• țesătură nețesută;
• bandă unidirecțională;
• prepregs;
• armare exterioară;
• fibră;
• hamuri.

O inovație destul de serioasă este acum podea caldă în infraroșu . În acest caz, materialul este utilizat ca înlocuitor al sârmei metalice tradiționale. Poate genera de 3 ori mai multă căldură, în plus, consumul de energie este redus cu aproximativ 50%. Iubitorii de modelare a tehnicilor complexe folosesc adesea tuburi de carbon obținute prin înfășurare. Aceste produse sunt, de asemenea, solicitate de producătorii de mașini și alte echipamente. Fibra de carbon este adesea folosită pentru frânele de mână, de exemplu. De asemenea, pe baza acestui material, obțineți:

• piese pentru modele de aeronave;
• hote dintr-o singură bucată;
• biciclete;
• piese pentru reglarea autoturismelor și motocicletelor.

Panourile din țesătură din carbon sunt cu 18% mai rigide decât aluminiul și cu 14% mai mult decât oțelul structural … Manșoanele bazate pe acest material sunt necesare pentru a obține țevi și tuburi cu secțiune transversală variabilă, produse spiralate cu diferite profile. Ele sunt, de asemenea, utilizate pentru producția și repararea cluburilor de golf. De asemenea, merită subliniat utilizarea acestuia. în producția de huse deosebit de durabile pentru smartphone-uri și alte gadgeturi . Astfel de produse au de obicei un caracter premium și au calități decorative sporite.

În ceea ce privește pulberea de tip grafit dispersat, este necesar:

• la primirea acoperirilor conductive electric;
• atunci când eliberați lipici de diferite tipuri;
• la întărirea matrițelor și a altor părți.

Chitul din fibră de carbon este mai bun decât chitul tradițional în mai multe moduri. Această combinație este apreciată de mulți experți pentru plasticitatea și rezistența sa mecanică. Compoziția este potrivită pentru acoperirea defectelor profunde. Tijele sau tijele din carbon sunt puternice, ușoare și de lungă durată. Un astfel de material este necesar pentru:

• aviaţie;
• industria rachetelor;
• eliberarea echipamentului sportiv.

Prin piroliza sărurilor acidului carboxilic, se pot obține cetone și aldehide. Proprietățile termice excelente ale fibrelor de carbon permit utilizarea acesteia în încălzitoare și tampoane de încălzire. Astfel de încălzitoare:

• economic;
• de încredere;
• se disting prin eficiență impresionantă;
• nu răspândiți radiații periculoase;
• relativ compact;
• perfect automatizat;
• operat fără probleme inutile;
• nu răspândiți zgomot străin.

Compozitele carbon-carbon sunt utilizate în producția de:

• suporturi pentru creuzete;
• Piese conice pentru cuptoare de topire sub vid;
• piese tubulare pentru ele.

Domeniile suplimentare de aplicare includ:

• cuțite de casă;
• utilizarea pentru o supapă pentru petale pe motoare;
• utilizare în construcții.

Constructorii moderni au folosit de mult timp acest material nu numai pentru armarea externă. De asemenea, este necesară consolidarea caselor din piatră și a piscinelor. Stratul de armare lipit restabilește calitățile suporturilor și grinzilor din poduri. De asemenea, este utilizat atunci când se creează fose septice și se încadrează rezervoare naturale, artificiale, atunci când se lucrează cu un cheson și o groapă de siloz.

De asemenea, puteți repara mânere pentru scule, fixați țevi, fixați picioarele mobilierului, furtunurile, mânerele, dulapurile pentru echipamente, glafurile și ferestrele din PVC.