Въглеродни влакна: технология за производство на въглеродни влакна в Русия, замазка и подово отопление с въглеродни влакна, плътност и характеристики на въглеродни влакна

2024 Автор: Beatrice Philips | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-09 13:06

Познаването на всичко за въглеродните влакна е много важно за всеки съвременен човек. Разбирайки технологията на производство на въглерод в Русия, плътността и други характеристики на въглеродните влакна, ще бъде по -лесно да се разбере обхватът на неговото приложение и да се направи правилният избор. Освен това трябва да разберете всичко за шпакловката и подовото отопление с въглеродни влакна, за чуждестранните производители на този продукт и за различни области на приложение.

Особености

Имената въглеродни влакна и въглеродни влакна, а в редица източници и въглеродни влакна, са много често срещани. Но представата за действителните характеристики на тези материали и възможностите за тяхното използване е доста различна за много хора. От техническа гледна точка, този материал е сглобен от нишки със сечение не по -малко от 5 и не повече от 15 микрона … Почти целият състав е съставен от въглеродни атоми - оттук и името. Самите тези атоми са групирани в хрупкави кристали, които образуват успоредни линии.

Този дизайн осигурява много висока якост на опън. Въглеродните влакна не са напълно ново изобретение . Първите проби от подобен материал бяха получени и използвани от Едисон. По -късно, в средата на ХХ век, въглеродните влакна преживяват ренесанс - и оттогава употребата им непрекъснато се увеличава.

Сега въглеродните влакна се произвеждат от доста различни суровини - и затова неговите свойства могат да варират значително.

Състав и физични свойства

Най -важната от характеристиките на въглеродните влакна остава нейната изключителна топлоустойчивост … Дори ако веществото се нагрява до 1600 - 2000 градуса, тогава при липса на кислород в околната среда неговите параметри няма да се променят. Плътността на този материал, наред с обичайните, също е линейна (измерена в т. Нар. Текс). При линейна плътност от 600 текса масата на 1 км тъкан ще бъде 600 г. В много случаи модулът на еластичност на материала или, както се казва, модулът на Йънг, също е от критично значение.

За влакна с висока якост тази цифра варира от 200 до 250 GPa. Въглеродните влакна с висок модул, направени на базата на PAN, имат модул на еластичност от приблизително 400 GPa. За разтвори с течни кристали този параметър може да варира от 400 до 700 GPa. Модулът на еластичност се изчислява въз основа на оценката на стойността му при разтягане на отделни графитни кристали. Ориентацията на атомните равнини се установява с помощта на рентгенов дифракционен анализ.

По подразбиране повърхностното напрежение е 0,86 N / m. При обработката на материала за получаване на влакно от композитен метал тази цифра се повишава до 1,0 N / m . Измерването по метода на капилярно изкачване помага за определяне на съответния параметър. Температурата на топене на влакната на базата на петролни смоли е 200 градуса. Преденето се извършва при около 250 градуса; точката на топене на други видове влакна директно зависи от техния състав.

Максималната ширина на въглеродните платове зависи от технологичните изисквания и нюансите. За много производители той е 100 или 125 см. Що се отнася до аксиалната якост, тя ще бъде равна на:

• за продукти с висока якост на базата на PAN от 3000 до 3500 МРа;
• за влакна със значително удължение, строго 4500 МРа;
• за високомодулен материал от 2000 до 4500 МРа.

Теоретичните изчисления на стабилността на кристала при сила на опън към атомната равнина на решетката дават приблизителна стойност от 180 GPa. Очакваната практическа граница е 100 GPa. Експериментите обаче все още не потвърждават наличието на ниво над 20 GPa. Реалната здравина на въглеродните влакна е ограничена от механичните й дефекти и нюансите на производствения процес. Якостта на опън на секция с дължина 1/10 mm, установена в практическите проучвания, ще бъде от 9 до 10 GPa.

Въглеродните влакна T30 заслужават специално внимание . Този материал се използва главно при производството на пръти. Това решение се отличава със своята лекота и отличен баланс. Индексът T30 означава модул на еластичност от 30 тона.

По -сложните производствени процеси ви позволяват да получите продукт от ниво Т35 и т.н.

Технология на производство

Въглеродните влакна могат да бъдат направени от голямо разнообразие от видове полимери. Режимът на обработка определя два основни типа такива материали - карбонизирани и графитирани видове. Съществува важна разлика между влакното, получено от PAN, и различните типове стъпки. Качествените въглеродни влакна, както с висока якост, така и с висок модул, могат да имат различни нива на твърдост и модул . Обичайно е те да се отнасят към различни марки.

Влакната са направени във формат с нишки или сноп. Те са образувани от 1000 до 10000 непрекъснати нишки. Могат да се правят и тъкани от тези влакна, като тегличи (в този случай броят на нишките е още по -голям). Изходната суровина са не само прости влакна, но и течни кристални смоли, както и полиакрилонитрил. Производственият процес предполага първо производство на оригиналните влакна, а след това те се нагряват на въздух при 200 - 300 градуса.

В случая на PAN този процес се нарича предварителна обработка или повишаване на огнеустойчивостта. След такава процедура терена получава такова важно свойство като непроницаемост. Влакната са частично окислени. Начинът на допълнително нагряване определя дали те ще принадлежат към карбонизираната или графитираната група . Краят на работата предполага придаване на повърхността на необходимите свойства, след което тя е завършена или оразмерена.

Окисляването във въздуха повишава огнеустойчивостта не само в резултат на окисляване. Приносът се прави не само чрез частично дехидриране, но и чрез междумолекулно омрежване и други процеси. Освен това се намалява чувствителността на материала към топене и изпаряване на въглеродните атоми. Карбонизацията (във високотемпературната фаза) е придружена от газификация и излизане на всички чужди атоми.

PAN влакната, загряти до 200 - 300 градуса в присъствието на въздух, почерняват.

Последващото им карбонизиране се извършва в азотна среда при 1000 - 1500 градуса. Оптималното ниво на отопление, според редица технолози, е 1200 - 1400 градуса . Високомодулните влакна ще трябва да се нагряват до около 2500 градуса. На предварителния етап PAN получава микроструктура на стълба. Кондензацията на вътремолекулно ниво, придружена от появата на полициклично ароматно вещество, е "отговорна" за появата му.

Колкото повече се повишава температурата, толкова по -голяма ще бъде структурата на цикличния тип . След края на термичната обработка съгласно технологията подреждането на молекули или ароматни фрагменти е такова, че основните оси ще бъдат успоредни на оста на влакното. Напрежението предотвратява падането на степента на ориентация. Специфичните характеристики на разлагането на PAN по време на термична обработка се определят от концентрацията на присадени мономери. Всеки вид такива влакна определя първоначалните условия на обработка.

Течнокристалната петролна смола трябва да се съхранява при температури от 350 до 400 градуса за дълго време. Този режим ще доведе до кондензация на полициклични молекули. Тяхната маса се увеличава и постепенно се слепва (с образуването на сферулити). Ако нагряването не спре, сферулитите растат, молекулното тегло се увеличава и резултатът е образуването на непрекъсната течнокристална фаза . Понякога кристалите са разтворими в хинолин, но обикновено те не се разтварят както в него, така и в пиридин (това зависи от нюансите на технологията).

Влакна, получени от течна кристална смола с 55 - 65% течни кристали, текат пластично. Преденето се извършва при 350 - 400 градуса. Високо ориентирана структура се образува чрез първоначално нагряване във въздушна атмосфера при 200 - 350 градуса и последващо задържане в инертна атмосфера. Влакната от марката Thornel P-55 трябва да се нагряват до 2000 градуса, колкото по-висок е модулът на еластичност, толкова по-висока трябва да бъде температурата.

Напоследък научните и инженерните работи обръщат все по -голямо внимание на технологията, използваща хидрогениране. Първоначалното производство на влакна често се осъществява чрез хидрогениране на смес от катранена смола и нафталова смола. В този случай трябва да присъства тетрахидрохинолин . Температурата на обработка е 380 - 500 градуса. Твърдите вещества могат да бъдат отстранени чрез филтриране и центрофугиране; след това смолите се удебеляват при повишена температура. За производството на въглерод е необходимо да се използва (в зависимост от технологията) доста разнообразно оборудване:

• слоеве, които разпределят вакуум;
• помпи;
• уплътняващи колани;
• работни маси;
• капани;
• проводима мрежа;
• вакуумни филми;
• препреги;
• автоклави.

Пазарен преглед

Следните производители на въглеродни влакна са водещи на световния пазар:

• Thornell, Fortafil and Celion (САЩ);
• Графил и Модмор (Англия);
• Kureha-Lone и Toreika (Япония);
• Cytec Industries;
• Hexcel;
• SGL Group;
• Toray Industries;
• Zoltek;
• Район Mitsubishi.

Днес въглеродът се произвежда в Русия:

• Челябински завод за въглерод и композитни материали;
• Балаково производство на въглерод;
• НПК „Химпроминжиниринг“;
• Саратовско предприятие "СТАРТ".

Продукти и приложения

Въглеродните влакна се използват за изработване на композитна армировка. Също така е обичайно да го използвате, за да получите:

• двупосочни тъкани;
• дизайнерски тъкани;
• двуосна и четириаксиална тъкан;
• нетъкан текстил;
• еднопосочна лента;
• препреги;
• външна армировка;
• фибри;
• сбруи

Сега е доста сериозна иновация инфрачервен топъл под . В този случай материалът се използва като заместител на традиционната метална тел. Той може да генерира 3 пъти повече топлина, освен това консумацията на енергия се намалява с около 50%. Любителите на моделирането на сложни техники често използват въглеродни тръби, получени чрез навиване. Тези продукти са търсени и от производителите на автомобили и друго оборудване. Въглеродните влакна често се използват например за ръчни спирачки. Също така, въз основа на този материал, получете:

• части за модели на самолети;
• качулки от една част;
• велосипеди;
• части за тунинг на автомобили и мотоциклети.

Панелите от въглеродна тъкан са 18% по -твърди от алуминия и 14% повече от конструкционната стомана … Втулки на базата на този материал са необходими за получаване на тръби с променливо напречно сечение, спираловидни изделия с различни профили. Те се използват и за производство и ремонт на топки за голф. Струва си да се посочи и използването му. в производството на особено издръжливи калъфи за смартфони и други джаджи . Такива продукти обикновено са с премиум характер и имат подобрени декоративни качества.

Що се отнася до праха от дисперсен графит, той е необходим:

• при получаване на електропроводими покрития;
• при освобождаване на лепило от различни видове;
• при подсилване на форми и някои други части.

Шпакловката от въглеродни влакна е по -добра от традиционната замазка по много начини. Тази комбинация е оценена от много експерти заради своята пластичност и механична якост. Съставът е подходящ за покриване на дълбоки дефекти. Въглеродните пръти или пръти са здрави, леки и дълготрайни. Такъв материал е необходим за:

• авиация;
• ракетната индустрия;
• пускане на спортно оборудване.

Чрез пиролиза на соли на карбоксилна киселина могат да се получат кетони и алдехиди. Отличните топлинни свойства на въглеродните влакна позволяват използването му в нагреватели и нагревателни подложки. Такива нагреватели:

• икономичен;
• надежден;
• се отличават с впечатляваща ефективност;
• не разпространявайте опасна радиация;
• сравнително компактен;
• перфектно автоматизиран;
• работи без излишни проблеми;
• не разпространявайте външен шум.

Въглерод-въглеродните композити се използват за производството на:

• опори за тигели;
• конусни части за вакуумни топилни пещи;
• тръбни части за тях.

Допълнителните области на приложение включват:

• домашни ножове;
• използване за вентилационен клапан на двигатели;
• използване в строителството.

Съвременните строители отдавна използват този материал не само за външна армировка. Необходимо е също така за укрепване на каменни къщи и басейни. Залепеният армиращ слой възстановява качествата на опорите и гредите в мостовете. Използва се и при създаване на септични ями и рамкиране на естествени, изкуствени резервоари, при работа с кесон и силозна яма.

Можете също така да ремонтирате дръжки за инструменти, да фиксирате тръби, да фиксирате крака за мебели, маркучи, дръжки, калъфи за оборудване, первази и PVC дограма.