Uhlíková Vlákna: Technologie Výroby Uhlíkových Vláken V Rusku, Tmel A Podlahové Vytápění Uhlíkovými Vlákny, Hustota A Charakteristiky Uhlíkových Vláken

2024 Autor: Beatrice Philips | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-09 13:10

Vědět vše o uhlíkových vláknech je pro každého moderního člověka velmi důležité. Pochopení technologie výroby uhlíku v Rusku, hustoty a dalších charakteristik uhlíkových vláken bude snazší porozumět rozsahu jeho aplikace a učinit správnou volbu. Kromě toho byste měli zjistit vše o tmelu a podlahovém vytápění uhlíkovými vlákny, o zahraničních výrobcích tohoto produktu a o různých oblastech použití.

Zvláštnosti

Názvy uhlíkových vláken a uhlíkových vláken a v řadě zdrojů také uhlíkových vláken jsou velmi časté. Představa skutečných charakteristik těchto materiálů a možností jejich použití je ale pro mnoho lidí zcela odlišná. Z technického hlediska tento materiál je sestaven ze závitů s průřezem nejméně 5 a nejvýše 15 mikronů … Téměř celá kompozice se skládá z atomů uhlíku - odtud název. Tyto atomy jsou seskupeny do ostrých krystalů, které tvoří rovnoběžné čáry.

Tato konstrukce poskytuje velmi vysokou pevnost v tahu. Uhlíkové vlákno není úplně nový vynález . První vzorky podobného materiálu obdržel a použil Edison. Později, v polovině dvacátého století, prošlo uhlíkové vlákno renesancí - a od té doby se jeho využití neustále zvyšuje.

Uhlíková vlákna jsou nyní vyráběna ze zcela odlišných surovin - a proto se její vlastnosti mohou velmi lišit.

Složení a fyzikální vlastnosti

Nejdůležitější z vlastností uhlíkových vláken zůstává výjimečná tepelná odolnost … I když se látka zahřeje na 1600 - 2000 stupňů, pak se v nepřítomnosti kyslíku v prostředí její parametry nezmění. Hustota tohoto materiálu je spolu s obvyklým také lineární (měřeno v tzv. Tex). Při lineární hustotě 600 tex bude hmotnost 1 km pásu 600 g. V mnoha případech je modul pružnosti materiálu, nebo, jak se říká, Youngův modul, také kriticky důležitý.

U vysokopevnostních vláken se tento údaj pohybuje od 200 do 250 GPa. Vysokomodulové uhlíkové vlákno vyrobené na bázi PAN má modul pružnosti přibližně 400 GPa. U roztoků z tekutých krystalů se tento parametr může pohybovat od 400 do 700 GPa. Modul pružnosti se vypočítá na základě odhadu jeho hodnoty při protažení jednotlivých grafitových krystalů. Orientace atomových rovin se stanoví pomocí rentgenové difrakční analýzy.

Výchozí povrchové napětí je 0,86 N / m. Při zpracování materiálu za účelem získání kovového kompozitního vlákna se tento údaj zvýší na 1,0 N / m . Měření metodou kapilárního výstupu pomáhá určit odpovídající parametr. Teplota tání vláken na bázi ropných smol je 200 stupňů. Točení probíhá asi při 250 stupních; teplota tání jiných typů vláken přímo závisí na jejich složení.

Maximální šířka uhlíkových tkanin závisí na technologických požadavcích a nuancích. U mnoha výrobců je to 100 nebo 125 cm. Pokud jde o osovou pevnost, bude se rovnat:

• pro vysokopevnostní výrobky na bázi PAN od 3 000 do 3 500 MPa;
• u vláken s výrazným prodloužením striktně 4500 MPa;
• pro vysokomodulový materiál od 2000 do 4500 MPa.

Teoretické výpočty stability krystalu pod tahovou silou vůči atomové rovině mřížky dávají odhadovanou hodnotu 180 GPa. Předpokládaný praktický limit je 100 GPa. Experimenty však zatím nepotvrdily přítomnost úrovně vyšší než 20 GPa. Skutečná pevnost uhlíkových vláken je omezena jeho mechanickými vadami a nuancemi výrobního procesu. Pevnost v tahu úseku s délkou 1/10 mm stanoveného v praktických studiích bude od 9 do 10 GPa.

Zvláštní pozornost si zaslouží uhlíková vlákna T30 . Tento materiál se používá hlavně při výrobě prutů. Toto řešení se vyznačuje lehkostí a vynikající rovnováhou. Index T30 označuje modul pružnosti 30 tun.

Složitější výrobní procesy vám umožní získat produkt na úrovni T35 a tak dále.

Produkční technologie

Uhlíková vlákna mohou být vyrobena z celé řady typů polymerů. Režim zpracování určuje dva hlavní typy takových materiálů - karbonizované a grafitizované typy. Důležitý rozdíl existuje mezi vlákny odvozenými z PAN a různými typy stoupání. Kvalitní uhlíková vlákna, jak vysoká pevnost, tak vysoký modul, mohou mít různé úrovně tvrdosti a modulu . Je obvyklé odkazovat je na různé značky.

Vlákna jsou vyráběna ve vláknovém nebo svazkovém formátu. Jsou tvořeny 1000 až 10 000 souvislými vlákny. Tkaniny z těchto vláken lze také vyrábět, podobně jako vleky (v tomto případě je počet vláken ještě větší). Výchozí surovinou jsou nejen jednoduchá vlákna, ale také smoly z tekutých krystalů a polyakrylonitril. Výrobní proces zahrnuje nejprve výrobu původních vláken a poté se zahřívají na vzduchu na 200 - 300 stupňů.

V případě PAN se tento proces nazývá předúprava nebo zvýšení požární odolnosti. Po takovém postupu dostane smola tak důležitou vlastnost, jako je infusibility. Vlákna jsou částečně oxidována. Režim dalšího ohřevu určuje, zda budou patřit do karbonizované nebo grafitizované skupiny . Konec práce znamená poskytnout povrchu potřebné vlastnosti, po kterém je dokončen nebo upraven.

Oxidace ve vzduchu zvyšuje požární odolnost nejen v důsledku oxidace. Příspěvek je dán nejen částečnou dehydrogenací, ale také intermolekulárním síťováním a dalšími procesy. Navíc je snížena náchylnost materiálu k tavení a odpařování atomů uhlíku. Karbonizace (ve vysokoteplotní fázi) je doprovázena zplyňováním a únikem všech cizích atomů.

Vlákna PAN zahřátá na 200 - 300 stupňů za přítomnosti vzduchu zčernají.

Jejich následná karbonizace probíhá v dusíkovém prostředí při 1000 - 1500 stupních. Optimální úroveň vytápění je podle řady technologů 1200 - 1400 stupňů . Vlákno s vysokým modulem se bude muset zahřát na přibližně 2500 stupňů. V předběžné fázi získává PAN žebříkovou mikrostrukturu. Za jeho výskyt „odpovídá“kondenzace na intramolekulární úrovni, doprovázená výskytem polycyklické aromatické látky.

Čím více teplota stoupá, tím větší bude struktura cyklického typu . Po ukončení tepelného zpracování podle technologie je uspořádání molekul nebo aromatických fragmentů takové, že hlavní osy budou rovnoběžné s osou vlákna. Napětí brání pádu stupně orientace. Specifické vlastnosti rozkladu PAN během tepelného zpracování jsou určeny koncentrací roubovaných monomerů. Každý typ takových vláken určuje počáteční podmínky zpracování.

Tekutou krystalickou ropu je třeba dlouhodobě udržovat při teplotách od 350 do 400 stupňů. Tento režim povede ke kondenzaci polycyklických molekul. Jejich hmotnost se zvyšuje a postupně dochází k lepení (s tvorbou sférolitů). Pokud se zahřívání nezastaví, sferulity rostou, zvyšuje se molekulová hmotnost a výsledkem je tvorba spojité kapalné krystalické fáze . Krystaly jsou příležitostně rozpustné v chinolinu, ale obvykle se nerozpustí jak v něm, tak v pyridinu (to závisí na nuancích technologie).

Vlákna získaná z smoly z tekutých krystalů s 55 - 65% tekutých krystalů tečou plasticky. Spřádání se provádí při 350 - 400 stupních. Vysoce orientovaná struktura je tvořena počátečním zahříváním ve vzdušné atmosféře na 200 - 350 stupňů a následným držením v inertní atmosféře. Vlákna značky Thornel P-55 se musí ohřívat až na 2000 stupňů, čím vyšší je modul pružnosti, tím vyšší by měla být teplota.

V poslední době věnují vědecké a inženýrské práce stále větší pozornost technologii využívající hydrogenaci. Počáteční produkce vláken se často provádí hydrogenací směsi dehtové smoly a naftalické gumy. V tomto případě by měl být přítomen tetrahydrochinolin . Teplota zpracování je 380 - 500 stupňů. Pevné látky mohou být odstraněny filtrací a odstředivkou; pak se hřiště zesilují při zvýšené teplotě. Pro výrobu uhlíku je nutné použít (v závislosti na technologii) celou řadu zařízení:

• vrstvy, které distribuují vakuum;
• čerpadla;
• těsnící postroje;
• pracovní stoly;
• pasti;
• vodivá síť;
• vakuové fólie;
• prepregy;
• autoklávy.

Přehled trhu

Na světovém trhu vedou následující výrobci uhlíkových vláken:

• Thornell, Fortafil a Celion (Spojené státy);
• Grafil a Modmore (Anglie);
• Kureha-Lone a Toreika (Japonsko);
• Cytec Industries;
• Hexcel;
• Skupina SGL;
• Toray Industries;
• Zoltek;
• Mitsubishi Rayon.

V Rusku se dnes vyrábí uhlík:

• Čeljabinská továrna na uhlík a kompozitní materiály;
• Balakovo Carbon Production;
• NPK Khimprominzhiniring;
• Saratovský podnik „START“.

Produkty a aplikace

Uhlíková vlákna se používají k výrobě kompozitní výztuže. Je také běžné jej používat k získání:

• obousměrné textilie;
• návrhářské látky;
• biaxiální a quadroaxiální tkáň;
• netkaná textilie;
• jednosměrná páska;
• prepregy;
• vnější výztuž;
• vlákno;
• postroje.

Nyní jde o poměrně vážnou novinku infračervená teplá podlaha . V tomto případě se materiál používá jako náhrada tradičního kovového drátu. Dokáže generovat 3krát více tepla, navíc se spotřeba energie sníží zhruba o 50%. Milovníci modelování složitých technik často používají uhlíkové trubice získané navíjením. Tyto výrobky jsou také žádané výrobci automobilů a dalšího vybavení. Uhlíková vlákna se často používají například pro ruční brzdy. Na základě tohoto materiálu také získáte:

• díly pro modely letadel;
• jednodílné digestoře;
• jízdní kola;
• díly pro tuning automobilů a motocyklů.

Panely z uhlíkové tkaniny jsou o 18% tužší než hliník a o 14% více než konstrukční ocel … Pouzdra na bázi tohoto materiálu jsou potřebná k získání trubek a trubek s proměnným průřezem, spirálových produktů různých profilů. Používají se také k výrobě a opravám golfových holí. Rovněž stojí za to poukázat na jeho použití. při výrobě obzvláště odolných pouzder pro smartphony a další gadgety . Takové výrobky mají obvykle prémiový charakter a mají vylepšené dekorativní vlastnosti.

Pokud jde o prášek dispergovaného grafitového typu, je zapotřebí:

• při přijímání elektricky vodivých povlaků;
• při uvolňování lepidla různých typů;
• při vyztužování forem a některých dalších částí.

Tmel z uhlíkových vláken je v mnoha ohledech lepší než tradiční tmel. Tuto kombinaci oceňuje mnoho odborníků pro její plasticitu a mechanickou pevnost. Kompozice je vhodná k zakrytí hlubokých defektů. Uhlíkové pruty nebo pruty jsou silné, lehké a mají dlouhou životnost. Takový materiál je potřebný pro:

• letectví;
• raketový průmysl;
• vydání sportovního vybavení.

Pyrolýzou solí karboxylových kyselin lze získat ketony a aldehydy. Vynikající tepelné vlastnosti uhlíkových vláken umožňují jeho použití v ohřívačích a ohřívacích podložkách. Takové ohřívače:

• hospodárný;
• spolehlivý;
• se vyznačují působivou účinností;
• nešířit nebezpečné záření;
• relativně kompaktní;
• dokonale automatizovaný;
• provozováno bez zbytečných problémů;
• nešířit cizí hluk.

Kompozity uhlík-uhlík se používají při výrobě:

• podpěry pro kelímky;
• kuželové části pro vakuové tavicí pece;
• trubkové části pro ně.

Mezi další oblasti použití patří:

• domácí nože;
• použití pro okvětní ventil na motorech;
• použití ve stavebnictví.

Moderní stavitelé tento materiál dlouhodobě používají nejen pro vnější vyztužení. Je také nutné posílit kamenné domy a bazény. Lepená výztužná vrstva obnovuje vlastnosti podpěr a nosníků v mostech. Používá se také při vytváření septiků a rámování přírodních, umělých nádrží, při práci s kesonem a silážní jámou.

Můžete také opravit kliky nástrojů, opravit potrubí, opravit nohy nábytku, hadice, kliky, pouzdra na vybavení, parapety a okna z PVC.