Sợi Carbon: Công Nghệ Sản Xuất Sợi Carbon ở Nga, Gia Nhiệt Bằng Bột Bả Và Sàn Bằng Sợi Carbon, Mật độ Và đặc điểm Của Sợi Carbon

2024 Tác giả: Beatrice Philips | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-09 13:50

Biết mọi thứ về sợi carbon là rất quan trọng đối với mỗi người hiện đại. Hiểu được công nghệ sản xuất carbon ở Nga, mật độ và các đặc tính khác của sợi carbon, bạn sẽ dễ dàng hiểu được phạm vi ứng dụng của nó và đưa ra lựa chọn phù hợp. Ngoài ra, bạn nên tìm hiểu mọi thứ về bột trét và hệ thống sưởi sàn bằng sợi carbon, về các nhà sản xuất nước ngoài của sản phẩm này và về các lĩnh vực ứng dụng khác nhau.

Đặc thù

Các tên gọi sợi carbon và sợi carbon, và trong một số nguồn cũng là sợi carbon, rất phổ biến. Nhưng ý tưởng về các đặc tính thực tế của những vật liệu này và khả năng sử dụng chúng là khá khác nhau đối với nhiều người. Từ quan điểm kỹ thuật, vật liệu này được lắp ráp từ các sợi có tiết diện không nhỏ hơn 5 và không lớn hơn 15 micron … Hầu như tất cả các thành phần đều được tạo thành từ các nguyên tử cacbon - do đó có tên như vậy. Bản thân những nguyên tử này được nhóm lại thành những tinh thể sắc nét tạo thành những đường thẳng song song.

Thiết kế này cung cấp độ bền kéo rất cao. Sợi carbon không phải là một phát minh hoàn toàn mới . Các mẫu đầu tiên của một loại vật liệu tương tự đã được Edison tiếp nhận và sử dụng. Sau đó, vào giữa thế kỷ 20, sợi carbon đã trải qua thời kỳ phục hưng - và kể từ đó việc sử dụng nó đã tăng lên đều đặn.

Sợi carbon hiện được làm từ các nguyên liệu thô khác nhau - và do đó các đặc tính của nó có thể thay đổi rất nhiều.

Thành phần và tính chất vật lý

Đặc tính quan trọng nhất của sợi carbon vẫn là khả năng chịu nhiệt đặc biệt … Ngay cả khi môi chất được đun nóng lên đến 1600 - 2000 độ, thì trong môi trường không có oxy, các thông số của nó vẫn không thay đổi. Mật độ của vật liệu này, cùng với mật độ thông thường, cũng là tuyến tính (được đo bằng cái gọi là tex). Với mật độ tuyến tính là 600 tex, khối lượng của 1 km web sẽ là 600 g. Trong nhiều trường hợp, mô đun đàn hồi của vật liệu, hay như người ta nói, mô đun của Young, cũng rất quan trọng.

Đối với sợi cường độ cao, con số này nằm trong khoảng từ 200 đến 250 GPa. Sợi carbon mô đun cao được làm trên cơ sở PAN có mô đun đàn hồi khoảng 400 GPa. Đối với dung dịch tinh thể lỏng, thông số này có thể thay đổi từ 400 đến 700 GPa. Mô đun đàn hồi được tính toán dựa trên ước tính giá trị của nó khi các tinh thể than chì bị kéo căng. Định hướng của các mặt phẳng nguyên tử được thiết lập bằng cách sử dụng phân tích nhiễu xạ tia X.

Sức căng bề mặt mặc định là 0,86 N / m. Khi xử lý vật liệu để thu được sợi composite kim loại, con số này tăng lên 1,0 N / m . Phép đo bằng phương pháp đi lên của mao mạch giúp xác định thông số tương ứng. Nhiệt độ nóng chảy của sợi dựa trên bình xăng dầu là 200 độ. Quay diễn ra ở khoảng 250 độ; điểm nóng chảy của các loại sợi khác phụ thuộc trực tiếp vào thành phần của chúng.

Chiều rộng tối đa của vải cacbon phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ và sắc thái. Đối với nhiều nhà sản xuất, nó là 100 hoặc 125 cm. Đối với sức mạnh của trục, nó sẽ bằng:

• đối với các sản phẩm độ bền cao dựa trên PAN từ 3000 đến 3500 MPa;
• đối với sợi có độ giãn dài đáng kể, nghiêm ngặt là 4500 MPa;
• đối với vật liệu mô đun cao từ 2000 đến 4500 MPa.

Các tính toán lý thuyết về độ ổn định của tinh thể dưới một lực kéo đối với mặt phẳng nguyên tử của mạng tinh thể cho giá trị ước tính là 180 GPa. Giới hạn thực tế dự kiến là 100 GPa. Tuy nhiên, các thí nghiệm vẫn chưa xác nhận sự hiện diện của mức trên 20 GPa. Sức mạnh thực sự của sợi carbon bị giới hạn bởi các khuyết tật cơ học của nó và các sắc thái của quá trình sản xuất. Độ bền kéo của phần có chiều dài 1/10 mm được thiết lập trong các nghiên cứu thực tế sẽ từ 9 đến 10 GPa.

Sợi carbon T30 đáng được quan tâm đặc biệt . Vật liệu này được sử dụng chủ yếu trong sản xuất que. Giải pháp này được phân biệt bởi độ nhẹ và độ cân bằng tuyệt vời của nó. Chỉ số T30 biểu thị mô đun đàn hồi của 30 tấn.

Các quy trình sản xuất phức tạp hơn cho phép bạn có được sản phẩm ở cấp độ T35, v.v.

Kỹ thuật sản xuất

Sợi carbon có thể được làm từ nhiều loại polyme khác nhau. Chế độ xử lý xác định hai loại vật liệu chính - loại cacbon hóa và loại graphit hóa. Một sự khác biệt quan trọng tồn tại giữa sợi quang có nguồn gốc từ PAN và các loại cao độ khác nhau. Sợi carbon chất lượng, cả độ bền cao và mô đun cao, có thể có các mức độ cứng và mô đun khác nhau . Theo thông lệ, người ta thường gọi chúng đến các nhãn hiệu khác nhau.

Sợi được làm ở dạng sợi hoặc dạng bó. Chúng được hình thành từ 1000 đến 10000 sợi liên tục. Các loại vải từ những sợi này cũng có thể được tạo ra, giống như kéo (trong trường hợp này, số lượng sợi còn nhiều hơn). Nguyên liệu ban đầu không chỉ là các sợi đơn giản, mà còn là các bình tinh thể lỏng, cũng như polyacrylonitril. Quá trình sản xuất bao hàm đầu tiên là sản xuất các sợi ban đầu, sau đó chúng được nung nóng trong không khí ở 200 - 300 độ.

Trong trường hợp PAN, quá trình này được gọi là tiền xử lý hoặc tăng cường khả năng chống cháy. Sau một thủ tục như vậy, quảng cáo chiêu hàng có được một đặc tính quan trọng là khả năng truyền đạt. Các sợi bị oxy hóa một phần. Chế độ gia nhiệt hơn nữa xác định xem chúng sẽ thuộc nhóm cacbon hóa hay graphit hóa . Kết thúc công việc ngụ ý tạo cho bề mặt các đặc tính cần thiết, sau đó nó được hoàn thiện hoặc định cỡ.

Quá trình oxy hóa trong không khí làm tăng khả năng chống cháy không chỉ là kết quả của quá trình oxy hóa. Sự đóng góp này không chỉ được thực hiện bởi quá trình khử hydro một phần, mà còn bằng liên kết chéo giữa các phân tử và các quá trình khác. Ngoài ra, tính nhạy cảm của vật liệu đối với sự nóng chảy và bay hơi của các nguyên tử cacbon bị giảm xuống. Quá trình cacbon hóa (trong giai đoạn nhiệt độ cao) đi kèm với quá trình khí hóa và sự thoát ra của tất cả các nguyên tử ngoại lai.

Sợi PAN bị nung nóng đến 200 - 300 độ trong điều kiện không khí sẽ chuyển sang màu đen.

Quá trình cacbon hóa tiếp theo của chúng được thực hiện trong môi trường nitơ ở 1000 - 1500 độ. Mức độ sưởi tối ưu, theo một số nhà công nghệ, là 1200 - 1400 độ . Sợi có mô đun cao sẽ phải được làm nóng lên đến khoảng 2500 độ. Ở giai đoạn sơ bộ, PAN nhận được một cấu trúc vi mô bậc thang. Sự ngưng tụ ở cấp độ nội phân tử, kèm theo sự xuất hiện của một chất thơm đa vòng, là "nguyên nhân" gây ra sự xuất hiện của nó.

Nhiệt độ càng tăng thì cấu trúc của kiểu tuần hoàn càng lớn . Sau khi kết thúc quá trình nhiệt luyện theo công nghệ, sự sắp xếp của các phân tử hoặc các mảnh thơm sao cho trục chính sẽ song song với trục sợi. Lực căng ngăn không cho mức độ định hướng giảm xuống. Các tính năng cụ thể của sự phân hủy PAN trong quá trình xử lý nhiệt được xác định bởi nồng độ của các monome ghép. Mỗi loại sợi như vậy xác định các điều kiện xử lý ban đầu.

Dầu mỏ kết tinh lỏng cần được giữ ở nhiệt độ từ 350 đến 400 độ trong thời gian dài. Chế độ này sẽ dẫn đến sự ngưng tụ của các phân tử đa vòng. Khối lượng của chúng tăng lên và dần dần xảy ra sự dính vào nhau (với sự hình thành các spherulite). Nếu quá trình đun nóng không dừng lại, các spherulite lớn lên, khối lượng phân tử tăng lên, và kết quả là sự hình thành một pha tinh thể lỏng liên tục . Tinh thể đôi khi hòa tan trong quinoline, nhưng thường chúng không hòa tan cả trong nó và trong pyridine (điều này phụ thuộc vào sắc thái của công nghệ).

Sợi thu được từ sân tinh thể lỏng với 55 - 65% tinh thể lỏng chảy dẻo. Quay được thực hiện ở 350 - 400 độ. Một cấu trúc định hướng cao được hình thành bằng cách nung nóng ban đầu trong môi trường không khí ở 200 - 350 độ và sau đó được giữ trong môi trường trơ. Sợi của thương hiệu Thornel P-55 phải được nung lên đến 2000 độ, mô đun đàn hồi càng cao thì nhiệt độ càng cao.

Gần đây, các công trình khoa học kỹ thuật ngày càng chú ý đến công nghệ sử dụng hydro hóa. Quá trình sản xuất sợi ban đầu thường được thực hiện bằng cách hydro hóa hỗn hợp nhựa than đá và kẹo cao su naphthalic. Trong trường hợp này, nên có mặt của tetrahydroquinoline . Nhiệt độ xử lý là 380 - 500 độ. Chất rắn có thể được loại bỏ bằng cách lọc và ly tâm; sau đó cao độ dày lên ở nhiệt độ cao. Để sản xuất cacbon, cần sử dụng (tùy thuộc vào công nghệ) khá nhiều loại thiết bị:

• các lớp phân phối chân không;
• máy bơm;
• dây nịt niêm phong;
• bàn làm việc;
• những cái bẫy;
• lưới dẫn điện;
• màng chân không;
• preregs;
• nồi hấp.

Đánh giá thị trường

Các nhà sản xuất sợi carbon sau đây đang dẫn đầu trên thị trường toàn cầu:

• Thornell, Fortafil và Celion (Hoa Kỳ);
• Grafil và Modmore (Anh);
• Kureha-Lone và Toreika (Nhật Bản);
• Cytec Industries;
• Hexcel;
• Tập đoàn SGL;
• Công nghiệp Toray;
• Zoltek;
• Mitsubishi Rayon.

Ngày nay carbon được sản xuất ở Nga:

• Chelyabinsk nhà máy vật liệu carbon và composite;
• Sản xuất Carbon Balakovo;
• NPK Khimprominzhiniring;
• Saratov doanh nghiệp "BẮT ĐẦU".

Sản phẩm và ứng dụng

Sợi carbon được sử dụng để làm cốt composite. Nó cũng thường được sử dụng để có được:

• vải hai chiều;
• vải thiết kế;
• mô hai trục và bốn trục;
• vải không dệt;
• băng một chiều;
• preregs;
• gia cố bên ngoài;
• chất xơ;
• dây nịt.

Một sự đổi mới khá nghiêm túc hiện nay là sàn ấm hồng ngoại . Trong trường hợp này, vật liệu được sử dụng để thay thế cho dây kim loại truyền thống. Nó có thể tạo ra nhiệt lượng gấp 3 lần, ngoài ra, năng lượng tiêu thụ cũng giảm khoảng 50%. Những người yêu thích mô hình hóa các kỹ thuật phức tạp thường sử dụng các ống carbon thu được bằng cách cuộn dây. Các sản phẩm này cũng được các nhà sản xuất ô tô và thiết bị khác có nhu cầu. Ví dụ như sợi carbon thường được sử dụng cho phanh tay. Ngoài ra, dựa trên tài liệu này, nhận được:

• các bộ phận cho mô hình máy bay;
• mũ trùm đầu một mảnh;
• xe đạp thồ;
• bộ phận chỉnh ô tô, xe máy.

Các tấm vải carbon cứng hơn 18% so với nhôm và 14% so với thép kết cấu … Cần có tay áo dựa trên vật liệu này để thu được các ống và ống có tiết diện thay đổi, các sản phẩm xoắn ốc có cấu trúc khác nhau. Chúng cũng được sử dụng để sản xuất và sửa chữa các câu lạc bộ chơi gôn. Nó cũng đáng chỉ ra công dụng của nó. trong việc sản xuất các trường hợp đặc biệt bền cho điện thoại thông minh và các thiết bị khác . Các sản phẩm như vậy thường có tính chất cao cấp và có chất lượng trang trí nâng cao.

Đối với bột dạng than chì phân tán, cần:

• khi nhận các lớp phủ dẫn điện;
• khi giải phóng keo các loại;
• khi gia cố khuôn và một số bộ phận khác.

Bột trét sợi carbon tốt hơn bột trét truyền thống theo một số cách. Sự kết hợp này được nhiều chuyên gia đánh giá cao về độ dẻo và độ bền cơ học. Thành phần thích hợp để che phủ các khuyết điểm sâu. Các thanh hoặc que carbon rất chắc chắn, nhẹ và có tuổi thọ cao. Vật liệu như vậy là cần thiết cho:

• hàng không;
• ngành công nghiệp tên lửa;
• phát hành các thiết bị thể thao.

Nhiệt phân muối của axit cacboxylic có thể thu được xeton và anđehit. Các đặc tính nhiệt tuyệt vời của sợi carbon cho phép nó được sử dụng trong máy sưởi và miếng sưởi. Lò sưởi như vậy:

• tiết kiệm;
• đáng tin cậy;
• được phân biệt bởi hiệu quả ấn tượng;
• không phát tán bức xạ nguy hiểm;
• tương đối nhỏ gọn;
• hoàn toàn tự động;
• vận hành mà không gặp sự cố không cần thiết;
• không phát tán tạp âm.

Vật liệu tổng hợp cacbon-cacbon được sử dụng trong sản xuất:

• giá đỡ cho nồi nấu kim loại;
• bộ phận côn cho lò nung chảy chân không;
• bộ phận hình ống cho chúng.

Các lĩnh vực ứng dụng bổ sung bao gồm:

• dao tự chế;
• sử dụng cho một van cánh hoa trên động cơ;
• sử dụng trong xây dựng.

Các nhà xây dựng hiện đại từ lâu đã sử dụng vật liệu này không chỉ để gia cố bên ngoài. Nó cũng cần thiết để tăng cường nhà đá và bể bơi. Lớp gia cố được dán giúp khôi phục chất lượng của các gối đỡ và dầm trong cầu. Nó cũng được sử dụng khi tạo bể tự hoại và đóng khung các hồ chứa tự nhiên, nhân tạo, khi làm việc với một caisson và một hố silo.

Bạn cũng có thể sửa chữa tay cầm dụng cụ, sửa chữa đường ống, sửa chữa chân đồ nội thất, ống mềm, tay cầm, hộp thiết bị, ngưỡng cửa sổ và cửa sổ PVC.