Karbon Fiber: Rusya'da Karbon Fiber üretim Teknolojisi, Karbon Fiber Ile Macun Ve Yerden ısıtma, Karbon Fiberin Yoğunluğu Ve özellikleri

2024 Yazar: Beatrice Philips | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-09 13:49

Karbon fiber hakkında her şeyi bilmek her modern insan için çok önemlidir. Rusya'daki karbon üretim teknolojisini, karbon elyafın yoğunluğunu ve diğer özelliklerini anlamak, uygulamasının kapsamını anlamak ve doğru seçimi yapmak daha kolay olacaktır. Ayrıca, karbon fiber ile macun ve yerden ısıtma, bu ürünün yabancı üreticileri ve çeşitli uygulama alanları hakkında her şeyi öğrenmelisiniz.

özellikler

Karbon fiber ve karbon fiber isimleri ve birçok kaynakta karbon fiber isimleri çok yaygındır. Ancak bu malzemelerin gerçek özellikleri ve kullanım olasılıkları fikri birçok insan için oldukça farklıdır. Teknik açıdan bakıldığında, bu malzeme en az 5 mikron ve en fazla 15 mikron kesitli dişlerden birleştirilir … Bileşimin neredeyse tamamı karbon atomlarından oluşur - bu nedenle adı. Bu atomların kendileri, paralel çizgiler oluşturan keskin kristaller halinde gruplandırılmıştır.

Bu tasarım çok yüksek çekme mukavemeti sağlar. Karbon fiber tamamen yeni bir buluş değildir . Benzer bir malzemenin ilk örnekleri Edison tarafından alındı ve kullanıldı. Daha sonra, yirminci yüzyılın ortalarında, karbon fiber bir rönesans yaşadı ve o zamandan beri kullanımı giderek arttı.

Karbon fiber artık oldukça farklı hammaddelerden üretiliyor ve bu nedenle özellikleri büyük ölçüde değişebilir.

Kompozisyon ve fiziksel özellikler

Karbon fiberin özelliklerinden en önemlisi, olağanüstü ısı direnci … Madde 1600 - 2000 dereceye kadar ısıtılsa bile, ortamda oksijen yokluğunda parametreleri değişmez. Bu malzemenin yoğunluğu, alışılmışın yanı sıra doğrusaldır (sözde tex ile ölçülür). 600 tex doğrusal yoğunluğu ile, 1 km ağın kütlesi 600 g olacaktır. Birçok durumda, malzemenin elastik modülü veya dedikleri gibi, Young modülü de kritik öneme sahiptir.

Yüksek mukavemetli fiber için bu rakam 200 ila 250 GPa arasında değişmektedir. PAN bazında yapılan yüksek modüllü karbon fiber, yaklaşık 400 GPa'lık bir elastik modüle sahiptir. Sıvı kristal çözeltiler için bu parametre 400 ila 700 GPa arasında değişebilir. Elastik modül, bireysel grafit kristalleri gerildiğinde değerinin tahmini temelinde hesaplanır. Atom düzlemlerinin yönü, X-ışını kırınım analizi kullanılarak belirlenir.

Varsayılan yüzey gerilimi 0,86 N/m'dir. Metal-kompozit elyaf elde etmek için malzeme işlenirken bu rakam 1.0 N/m'ye yükselir . Kılcal yükselme yöntemiyle yapılan ölçüm, ilgili parametrenin belirlenmesine yardımcı olur. Petrol ziftlerine dayalı liflerin erime sıcaklığı 200 derecedir. Eğirme yaklaşık 250 derecede gerçekleşir; diğer lif türlerinin erime noktası doğrudan bileşimlerine bağlıdır.

Karbon bezlerin maksimum genişliği, teknolojik gereksinimlere ve nüanslara bağlıdır. Birçok üretici için 100 veya 125 cm'dir. Eksenel mukavemete gelince, şuna eşit olacaktır:

• 3000 ila 3500 MPa arasında PAN'a dayalı yüksek mukavemetli ürünler için;
• belirgin uzamaya sahip lifler için, kesinlikle 4500 MPa;
• 2000 ila 4500 MPa arasında yüksek modüllü malzeme için.

Kafesin atomik düzlemine doğru bir çekme kuvveti altında bir kristalin stabilitesinin teorik hesaplamaları, tahmini bir 180 GPa değeri verir. Beklenen pratik sınır 100 GPa'dır. Bununla birlikte, deneyler henüz 20 GPa'dan fazla bir seviyenin varlığını doğrulamamıştır. Karbon fiberin gerçek gücü, mekanik kusurları ve üretim sürecinin nüansları ile sınırlıdır. Pratik çalışmalarda belirlenen 1/10 mm uzunluğundaki bir kesitin çekme mukavemeti 9 ile 10 GPa arasında olacaktır.

T30 karbon fiber özel ilgiyi hak ediyor . Bu malzeme esas olarak çubuk üretiminde kullanılır. Bu çözüm, hafifliği ve mükemmel dengesi ile ayırt edilir. T30 endeksi, 30 tonluk bir esneklik modülünü belirtir.

Daha karmaşık üretim süreçleri, T35 düzeyinde bir ürün elde etmenize olanak tanır.

Üretim teknolojisi

Karbon fiber çok çeşitli polimer türlerinden yapılabilir. İşleme modu, bu tür malzemelerin iki ana türünü belirler - karbonize ve grafitleştirilmiş türler. PAN'dan türetilen fiber ile farklı adım türleri arasında önemli bir ayrım vardır. Hem yüksek mukavemetli hem de yüksek modüllü kaliteli karbon fiberler, farklı sertlik ve modül seviyelerine sahip olabilir . Onları farklı markalara yönlendirmek gelenekseldir.

Lifler filament veya demet biçiminde yapılır. 1000 ila 10000 sürekli filamentten oluşurlar. Bu liflerden kumaşlar, kıtıklar gibi de yapılabilir (bu durumda, filamentlerin sayısı daha da fazladır). Başlangıç hammaddesi sadece basit lifler değil, aynı zamanda sıvı kristal ziftlerin yanı sıra poliakrilonitrildir. Üretim süreci, önce orijinal liflerin üretilmesini gerektirir ve daha sonra 200 - 300 derecede havada ısıtılır.

PAN durumunda, bu işleme ön arıtma veya yangına dayanıklılık geliştirme adı verilir. Böyle bir işlemden sonra zift, erimezlik gibi önemli bir özellik kazanır. Lifler kısmen oksitlenir. Daha fazla ısıtma modu, bunların karbonlaştırılmış veya grafitleştirilmiş gruba ait olup olmayacağını belirler . İşin sonu, yüzeye gerekli özelliklerin verilmesini, ardından bitirilmesini veya boyutlandırılmasını ifade eder.

Havadaki oksidasyon, yalnızca oksidasyonun bir sonucu olarak yangın direncini artırmaz. Katkı, yalnızca kısmi hidrojen giderme ile değil, aynı zamanda moleküller arası çapraz bağlama ve diğer işlemlerle de yapılır. Ek olarak, malzemenin karbon atomlarının erimesine ve buharlaşmasına duyarlılığı azalır. Karbonizasyona (yüksek sıcaklık fazında) gazlaştırma ve tüm yabancı atomların kaçışı eşlik eder.

Hava varlığında 200 - 300 dereceye kadar ısıtılan PAN lifleri siyaha döner.

Daha sonraki karbonizasyonları azot ortamında 1000 - 1500 derecede gerçekleştirilir. Bir dizi teknoloji uzmanına göre optimal ısıtma seviyesi 1200 - 1400 derecedir . Yüksek modüllü fiberin yaklaşık 2500 dereceye kadar ısıtılması gerekecektir. Ön aşamada, PAN bir merdiven mikro yapısı alır. Polisiklik aromatik bir maddenin ortaya çıkmasıyla birlikte molekül içi düzeyde yoğunlaşma, oluşumundan "sorumludur".

Sıcaklık ne kadar yükselirse, döngüsel tipin yapısı o kadar büyük olacaktır . Teknolojiye göre ısıl işlem bittikten sonra moleküllerin veya aromatik parçaların dizilimi ana eksenler lif eksenine paralel olacak şekildedir. Gerilim, oryantasyon derecesinin düşmesini engeller. Isıl işlem sırasında PAN ayrışmasının spesifik özellikleri aşılanmış monomerlerin konsantrasyonu ile belirlenir. Bu tür liflerin her türü, ilk işleme koşullarını belirler.

Sıvı kristal petrol ziftinin uzun süre 350 ila 400 derece arasındaki sıcaklıklarda tutulması gerekir. Bu mod, polisiklik moleküllerin yoğunlaşmasına yol açacaktır. Kütleleri artar ve yavaş yavaş birbirine yapışma meydana gelir (küreciklerin oluşumu ile). Isıtma durmazsa, kürecikler büyür, moleküler ağırlık artar ve sonuç sürekli bir sıvı kristal fazın oluşumudur . Kristaller ara sıra kinolin içinde çözünürler, ancak genellikle hem içinde hem de piridinde çözünmezler (bu, teknolojinin nüanslarına bağlıdır).

%55 - 65 sıvı kristal içeren sıvı kristal ziftinden elde edilen lifler plastik olarak akar. Eğirme 350 - 400 derecede gerçekleştirilir. 200 - 350 derecelik bir hava atmosferinde ilk ısıtma ve ardından inert bir atmosferde tutma ile yüksek oranda yönlendirilmiş bir yapı oluşturulur. Thornel P-55 markasının lifleri 2000 dereceye kadar ısıtılmalıdır, elastikiyet modülü ne kadar yüksekse, sıcaklık da o kadar yüksek olmalıdır.

Son zamanlarda, bilimsel ve mühendislik çalışmaları, hidrojenasyon kullanan teknolojiye giderek daha fazla önem veriyor. Liflerin ilk üretimi genellikle bir kömür katranı zift ve naftalik sakız karışımının hidrojenlenmesiyle gerçekleştirilir. Bu durumda tetrahidrokinolin bulunmalıdır . İşlem sıcaklığı 380 - 500 derecedir. Katılar, süzme ve santrifüj yoluyla uzaklaştırılabilir; daha sonra perdeler yüksek bir sıcaklıkta kalınlaştırılır. Karbon üretimi için (teknolojiye bağlı olarak) oldukça çeşitli ekipmanların kullanılması gerekir:

• vakumu dağıtan katmanlar;
• pompalar;
• sızdırmazlık kemerleri;
• çalışma masaları;
• tuzaklar;
• iletken ağ;
• vakum filmleri;
• prepregler;
• otoklavlar.

Piyasa İncelemesi

Aşağıdaki karbon elyaf üreticileri küresel pazarda lider konumdadır:

• Thornell, Fortafil ve Celion (Amerika Birleşik Devletleri);
• Grafil ve Modmore (İngiltere);
• Kureha-Lone ve Toreika (Japonya);
• Cytec Endüstrileri;
• altıgen;
• SGL Grubu;
• Toray Endüstrileri;
• Zoltek;
• Mitsubishi Rayon.

Bugün karbon Rusya'da üretiliyor:

• Chelyabinsk karbon ve kompozit malzemeler fabrikası;
• Balakovo Karbon Üretimi;
• NPK Khimprominzhiniring;
• Saratov işletmesi "BAŞLAT".

Ürünler ve uygulamalar

Karbon fiber kompozit takviye yapmak için kullanılır. Bunu elde etmek için kullanmak da yaygındır:

• çift yönlü kumaşlar;
• tasarımcı kumaşlar;
• iki eksenli ve dört eksenli doku;
• dokunmamış kumaş;
• tek yönlü bant;
• prepregler;
• dış takviye;
• lif;
• koşum takımları.

Şimdi oldukça ciddi bir yenilik kızılötesi sıcak zemin . Bu durumda, malzeme geleneksel metal telin yerine kullanılır. 3 kat daha fazla ısı üretebilir, ayrıca enerji tüketimi yaklaşık %50 oranında azalır. Karmaşık teknikleri modellemeyi sevenler, genellikle sarımla elde edilen karbon tüpleri kullanır. Bu ürünler aynı zamanda otomobil ve diğer ekipman üreticileri tarafından da talep görmektedir. Örneğin, karbon fiber genellikle el frenlerinde kullanılır. Ayrıca, bu materyale dayanarak şunları elde edin:

• uçak modelleri için parçalar;
• tek parça davlumbazlar;
• bisikletler;
• arabaları ve motosikletleri ayarlamak için parçalar.

Karbon kumaş paneller alüminyumdan %18 ve yapısal çelikten %14 daha serttir … Bu malzemeye dayalı manşonlar, çeşitli profillerin değişken kesitli spiral ürünleri olan borular ve tüpler elde etmek için gereklidir. Golf sopalarının üretimi ve onarımı için de kullanılırlar. Kullanımını da belirtmekte fayda var. akıllı telefonlar ve diğer cihazlar için özellikle dayanıklı kasaların üretiminde . Bu tür ürünler genellikle birinci sınıf bir karaktere sahiptir ve gelişmiş dekoratif niteliklere sahiptir.

Dağınık grafit tipi toza gelince, gereklidir:

• elektriksel olarak iletken kaplamalar alırken;
• çeşitli tiplerdeki yapıştırıcıları serbest bırakırken;
• kalıpları ve diğer bazı parçaları güçlendirirken.

Karbon fiber macun, birçok yönden geleneksel macundan daha iyidir. Bu kombinasyon, plastisitesi ve mekanik mukavemeti nedeniyle birçok uzman tarafından takdir edilmektedir. Kompozisyon derin kusurları kapatmak için uygundur. Karbon çubuklar veya çubuklar güçlü, hafif ve uzun ömürlüdür. Bu tür malzeme aşağıdakiler için gereklidir:

• havacılık;
• roket endüstrisi;
• spor ekipmanlarının serbest bırakılması.

Karboksilik asit tuzlarının pirolizi ile ketonlar ve aldehitler elde edilebilir. Karbon fiberin mükemmel termal özellikleri, ısıtıcılarda ve ısıtma yastıklarında kullanılmasına izin verir. Bu tür ısıtıcılar:

• ekonomik;
• güvenilir;
• etkileyici verimlilik ile ayırt edilir;
• tehlikeli radyasyon yaymayın;
• nispeten kompakt;
• mükemmel otomatik;
• gereksiz problemler olmadan çalıştırılır;
• yabancı gürültü yaymayın.

Karbon-karbon kompozitleri aşağıdakilerin üretiminde kullanılır:

• potalar için destekler;
• vakumlu eritme fırınları için konik parçalar;
• onlar için boru şeklindeki parçalar.

Ek uygulama alanları şunları içerir:

• ev yapımı bıçaklar;
• motorlarda petal valf için kullanın;
• inşaatta kullanın.

Modern inşaatçılar bu malzemeyi uzun süredir sadece dış takviye için kullanmıyorlar. Taş evlerin ve yüzme havuzlarının da güçlendirilmesi gerekiyor. Yapıştırılmış takviye tabakası, köprülerdeki desteklerin ve kirişlerin niteliklerini eski haline getirir. Ayrıca, bir keson ve bir silo çukuru ile çalışırken, septik tanklar oluştururken ve doğal, yapay rezervuarları çerçevelerken kullanılır.

Ayrıca alet saplarını onarabilir, boruları onarabilir, mobilya ayaklarını, hortumları, kulpları, ekipman kasalarını, pencere pervazlarını ve PVC pencereleri onarabilirsiniz.