فیبر کربن: فناوری تولید فیبر کربن در روسیه ، بتونه و گرمایش از کف با فیبر کربن ، چگالی و ویژگی های فیبر کربن

2024 نویسنده: Beatrice Philips | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-09 13:18

دانستن همه چیز در مورد فیبر کربن برای هر فرد مدرن بسیار مهم است. با درک تکنولوژی تولید کربن در روسیه ، چگالی و سایر ویژگی های فیبر کربن ، درک دامنه کاربرد آن و انتخاب درست آسان تر خواهد بود. علاوه بر این ، شما باید همه چیز را در مورد بتونه و گرمایش از کف با فیبر کربن ، درباره تولیدکنندگان خارجی این محصول و زمینه های مختلف کاربردی بدانید.

ویژگی ها

نام فیبر کربن و فیبر کربن ، و در تعدادی از منابع نیز فیبر کربن ، بسیار رایج است. اما ایده ویژگی های واقعی این مواد و امکانات استفاده از آنها برای بسیاری از افراد کاملاً متفاوت است. از نظر فنی ، این ماده از نخ هایی با سطح مقطع حداقل 5 و حداکثر 15 میکرون جمع آوری نشده است … تقریباً تمام ترکیب از اتم های کربن تشکیل شده است - از این رو نام آن به همین دلیل است. خود این اتمها در کریستالهای واضح گروه بندی شده اند که خطوط موازی را تشکیل می دهند.

این طراحی استحکام کششی بسیار بالایی را ارائه می دهد. فیبر کربن اختراع کاملاً جدیدی نیست . اولین نمونه از یک ماده مشابه دریافت و توسط ادیسون استفاده شد. بعدها ، در اواسط قرن بیستم ، فیبر کربن رنسانس را تجربه کرد - و از آن زمان استفاده از آن به طور پیوسته افزایش یافته است.

فیبر کربن در حال حاضر از مواد اولیه کاملاً متفاوتی ساخته شده است - و بنابراین خواص آن می تواند بسیار متفاوت باشد.

ترکیب و خواص فیزیکی

مهمترین ویژگی فیبر کربن آن است مقاومت استثنایی در برابر حرارت … حتی اگر این ماده تا 1600 - 2000 درجه گرم شود ، در صورت عدم وجود اکسیژن در محیط ، پارامترهای آن تغییر نخواهد کرد. چگالی این ماده ، همراه با معمول ، نیز خطی است (به اصطلاح tex اندازه گیری می شود). با چگالی خطی 600 tex ، جرم 1 کیلومتر از تار 600 گرم خواهد بود. در بسیاری از موارد ، مدول الاستیک مواد ، یا همانطور که می گویند مدول یانگ نیز از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.

برای فیبرهای با مقاومت بالا ، این رقم بین 200 تا 250 GPa متغیر است. فیبر کربن با مدول بالا ساخته شده بر اساس PAN دارای مدول الاستیک تقریبا 400 GPa است. برای محلول های کریستال مایع ، این پارامتر می تواند از 400 تا 700 GPa متغیر باشد. مدول الاستیک برآورد مقدار آن هنگام کشش بلورهای گرافیتی جداگانه محاسبه می شود. جهت صفحات اتمی با استفاده از تجزیه پراش اشعه ایکس تعیین می شود.

کشش سطحی پیش فرض 0.86 نیوتن متر بر متر است. هنگام پردازش مواد برای بدست آوردن الیاف فلز-کامپوزیت ، این رقم به 1.0 N / m می رسد . اندازه گیری با روش صعود مویرگی به تعیین پارامتر مربوطه کمک می کند. دمای ذوب الیاف بر اساس زمین های نفتی 200 درجه است. چرخش در حدود 250 درجه انجام می شود. نقطه ذوب انواع دیگر الیاف به طور مستقیم به ترکیب آنها بستگی دارد.

حداکثر عرض پارچه های کربنی بستگی به الزامات و تفاوت های تکنولوژیکی دارد. برای بسیاری از تولید کنندگان ، 100 یا 125 سانتی متر است. در مورد قدرت محوری ، برابر خواهد بود با:

• برای محصولات با مقاومت بالا بر اساس PAN از 3000 تا 3500 مگاپاسکال ؛
• برای الیاف با افزایش قابل توجه ، به شدت 4500 مگاپاسکال ؛
• برای مواد با مدول بالا از 2000 تا 4500 مگاپاسکال

محاسبات نظری پایداری یک بلور تحت نیروی کششی به سمت سطح اتمی شبکه ، برآوردی برابر با 180 GPa ارائه می دهد. حد مجاز مورد انتظار 100 GPa است. با این حال ، آزمایشات هنوز وجود سطح بیش از 20 GPa را تأیید نکرده است.استحکام واقعی فیبر کربن به دلیل نقص مکانیکی و ظرافت های فرایند تولید محدود می شود. استحکام کششی مقطع با طول 1/10 میلی متر در مطالعات عملی از 9 تا 10 GPa خواهد بود.

فیبر کربن T30 شایسته توجه ویژه است . این ماده عمدتا در تولید میله استفاده می شود. این راه حل با سبکی و تعادل عالی متمایز می شود. شاخص T30 مدلی از کشش 30 تن را نشان می دهد.

مراحل پیچیده تر تولید به شما امکان می دهد محصولی از سطح T35 و غیره را تهیه کنید.

فن آوری تولید

الیاف کربن را می توان از طیف گسترده ای از انواع پلیمر تهیه کرد. حالت پردازش دو نوع اصلی از چنین موادی را تعیین می کند - انواع کربن دار و گرافیت شده. تمایز مهمی بین فیبر مشتق شده از PAN و انواع مختلف گام وجود دارد. الیاف کربن با کیفیت ، هم استحکام بالا و هم مدول بالا ، می توانند سطوح سختی و مدول متفاوتی داشته باشند . مرسوم است که آنها را به مارک های مختلف ارجاع دهید.

الیاف در قالب رشته یا بسته نرم افزاری ساخته می شوند. آنها از 1000 تا 10000 رشته پیوسته تشکیل می شوند. پارچه هایی از این الیاف نیز می توانند مانند بکسل ساخته شوند (در این مورد ، تعداد رشته ها بیشتر است). مواد خام اولیه نه تنها الیاف ساده ، بلکه زمینه های کریستال مایع و همچنین پلی اکریلونیتریل هستند. فرایند تولید ابتدا به تولید الیاف اصلی اشاره دارد ، و سپس آنها در 200 تا 300 درجه در هوا گرم می شوند.

در مورد PAN ، این فرایند را پیش تصفیه یا افزایش مقاومت در برابر آتش می نامند. پس از چنین رویه ای ، گام دارای ویژگی مهمی مانند نفوذ ناپذیری می شود. الیاف تا حدی اکسیده می شوند. حالت گرمایش بیشتر تعیین می کند که آیا آنها به گروه کربن شده یا گرافیتی تعلق دارند . پایان کار به معنی دادن ویژگی های لازم به سطح است ، پس از اتمام یا اندازه آن.

اکسیداسیون در هوا مقاومت در برابر آتش را نه تنها در نتیجه اکسیداسیون افزایش می دهد. این سهم نه تنها با هیدروژن زدایی جزئی ، بلکه توسط پیوند عرضی بین مولکولی و سایر فرایندها نیز انجام می شود. علاوه بر این ، حساسیت مواد به ذوب و فرار شدن اتم های کربن کاهش می یابد. کربن سازی (در فاز درجه حرارت بالا) با گازدهی و فرار همه اتم های خارجی همراه است.

الیاف PAN با حضور 200 تا 300 درجه در حضور هوا سیاه می شوند.

کربن زایی بعدی آنها در محیط نیتروژن در دمای 1000 - 1500 درجه انجام می شود. میزان مطلوب گرمایش ، به گفته تعدادی از تکنسین ها ، 1200 - 1400 درجه است . فیبر مدول بالا باید تا حدود 2500 درجه گرم شود. در مرحله مقدماتی ، PAN یک ساختار نردبان دریافت می کند. تراکم در سطح داخل مولکولی ، همراه با ظاهر شدن یک ماده معطر چند حلقه ای ، مسئول وقوع آن است.

هرچه درجه حرارت بیشتر شود ، ساختار نوع حلقوی بزرگتر خواهد بود . پس از پایان عملیات حرارتی مطابق فناوری ، چیدمان مولکولها یا قطعات معطر به گونه ای است که محورهای اصلی موازی محور فیبر خواهند بود. تنش از افت درجه جهت گیری جلوگیری می کند. ویژگی های خاص تجزیه PAN در طول عملیات حرارتی با غلظت مونومرهای پیوندی تعیین می شود. هر نوع الیافی شرایط پردازش اولیه را تعیین می کنند.

زمین نفت کریستالی مایع باید به مدت طولانی در دمای 350 تا 400 درجه نگهداری شود. این حالت منجر به تراکم مولکول های چند حلقه ای می شود. جرم آنها افزایش می یابد و به تدریج چسبیدن به یکدیگر (با تشکیل اسفرولیت ها) رخ می دهد. اگر گرمایش متوقف نشود ، اسفرولیت ها رشد می کنند ، وزن مولکولی افزایش می یابد ، و نتیجه تشکیل یک فاز کریستالی مایع پیوسته است . کریستال ها گاهی اوقات در کینولین محلول هستند ، اما معمولاً هم در آن و هم در پیریدین حل نمی شوند (این بستگی به ظرافت های فناوری دارد).

الیافی که از بلور مایع با 55 تا 65 درصد کریستال مایع به صورت پلاستیکی جریان می یابد.چرخش در 350 - 400 درجه انجام می شود. یک ساختار بسیار جهت دار با گرمایش اولیه در جو هوا در دمای 200 - 350 درجه و متعاقب آن در جو بی اثر شکل می گیرد. الیاف مارک P-55 Thornel باید تا 2000 درجه گرم شوند ، هرچه مدول الاستیسیته بیشتر باشد ، درجه حرارت نیز باید بیشتر باشد.

اخیراً ، کارهای علمی و مهندسی توجه بیشتری به فناوری با استفاده از هیدروژناسیون دارند. تولید اولیه الیاف اغلب با هیدروژناسیون مخلوطی از قیر ذغال سنگ و صمغ نفتالیک انجام می شود. در این مورد ، تتراهیدروکینولین باید وجود داشته باشد . دمای پردازش 380 - 500 درجه است. مواد جامد را می توان با فیلتراسیون و سانتریفیوژ حذف کرد. سپس زمین ها در دمای بالا ضخیم می شوند. برای تولید کربن ، لازم است (بسته به تکنولوژی) تجهیزات کاملاً متنوعی استفاده شود:

• لایه هایی که خلا را توزیع می کنند ؛
• پمپ ها ؛
• مهارهای آب بندی ؛
• میزهای کار ؛
• تله ها ؛
• مش رسانا ؛
• فیلم های خلاء ؛
• prepregs ؛
• اتوکلاو

بررسی بازار

تولیدکنندگان الیاف کربن زیر در بازار جهانی پیشتاز هستند:

• تورنل ، فورتافیل و سلیون (ایالات متحده) ؛
• گرافیل و مودمور (انگلستان) ؛
• Kureha-Lone و Toreika (ژاپن) ؛
• صنایع Cytec ؛
• هکسل ؛
• گروه SGL ؛
• صنایع Toray؛
• زولتک ؛
• میتسوبیشی ریون.

امروزه کربن در روسیه تولید می شود:

• کارخانه چلیابینسک از کربن و مواد کامپوزیت ؛
• تولید کربن Balakovo؛
• NPK Khimprominzhiniring؛
• شرکت ساراتوف "START".

محصولات و برنامه های کاربردی

از فیبر کربن برای تقویت آلیاژهای کامپوزیتی استفاده می شود. همچنین استفاده از آن برای به دست آوردن موارد زیر معمول است:

• پارچه های دو طرفه ؛
• پارچه های طراح ؛
• بافت دو محوری و چهار محوری ؛
• پارچه نبافته ؛
• نوار یک طرفه ؛
• prepregs ؛
• تقویت خارجی ؛
• فیبر ؛
• مهارها

در حال حاضر یک نوآوری نسبتاً جدی وجود دارد کف گرم مادون قرمز در این مورد ، مواد به عنوان جایگزینی برای سیم فلزی سنتی استفاده می شود. این می تواند 3 برابر بیشتر گرما تولید کند ، علاوه بر این ، مصرف انرژی حدود 50 کاهش می یابد. دوستداران مدل سازی تکنیک های پیچیده اغلب از لوله های کربنی بدست آمده از سیم پیچ استفاده می کنند. این محصولات همچنین مورد تقاضای تولیدکنندگان خودرو و سایر تجهیزات است. فیبر کربن اغلب برای ترمز دستی استفاده می شود. همچنین ، بر اساس این مواد ، موارد زیر را بدست آورید:

• قطعات مدل هواپیما ؛
• هودهای یک تکه ؛
• دوچرخه ؛
• قطعات برای تنظیم ماشین و موتورسیکلت.

پانل های پارچه ای کربنی 18 درصد سفت تر از آلومینیوم و 14 درصد بیشتر از فولاد ساختاری هستند … برای به دست آوردن لوله ها و لوله های مقطع متغیر ، محصولات مارپیچی پروفیل های مختلف ، آستین هایی بر اساس این مواد مورد نیاز است. آنها همچنین برای تولید و تعمیر چوب های گلف استفاده می شوند. همچنین لازم به ذکر است که استفاده از آن چیست. در تولید قابهای مخصوص دوام برای تلفن های هوشمند و سایر ابزارها . چنین محصولاتی معمولاً از ویژگی های درجه یک برخوردار هستند و دارای کیفیت تزئینی بالاتری هستند.

در مورد پودر گرافیت پراکنده ، لازم است:

• هنگام دریافت پوشش های رسانای الکتریکی ؛
• هنگام آزاد کردن چسب انواع مختلف ؛
• هنگام تقویت قالب ها و برخی قطعات دیگر.

بتونه فیبر کربن از جهات مختلف از بتونه سنتی بهتر است. این ترکیب به دلیل انعطاف پذیری و استحکام مکانیکی مورد استقبال بسیاری از متخصصان قرار گرفته است. این ترکیب برای پوشش عیوب عمیق مناسب است. میله ها یا میله های کربنی قوی ، سبک و بادوام هستند. چنین موادی برای موارد زیر مورد نیاز است:

• هواپیمایی؛
• صنعت موشک ؛
• انتشار تجهیزات ورزشی

با پیرولیز نمک های کربوکسیلیک اسید ، کتون ها و آلدهیدها به دست می آیند. خواص حرارتی عالی فیبر کربن اجازه می دهد تا از آن در بخاری و پد های گرمایی استفاده شود. چنین بخاری هایی:

• مقرون به صرفه؛
• قابل اعتماد؛
• با کارآیی چشمگیر متمایز می شوند ؛
• اشعه های خطرناک را پخش نکنید ؛
• نسبتاً فشرده ؛
• کاملاً خودکار ؛
• بدون مشکلات غیر ضروری کار می کند ؛
• سر و صدای اضافی پخش نکنید

کامپوزیت های کربن کربن در تولید موارد زیر استفاده می شود:

• پشتیبانی از قابلمه؛
• قطعات مخروطی برای کوره های ذوب خلاء ؛
• قطعات لوله ای برای آنها

زمینه های کاربردی دیگر عبارتند از:

• چاقوهای خانگی ؛
• استفاده برای شیر گلبرگ در موتورها ؛
• استفاده در ساختمان سازی

سازندگان مدرن مدتهاست که از این ماده نه تنها برای تقویت خارجی استفاده می کنند. همچنین برای تقویت خانه های سنگی و استخرها لازم است. لایه تقویت شده چسب دار ، کیفیت تکیه گاه ها و تیرها را در پل ها بازیابی می کند. همچنین هنگام ایجاد مخازن سپتیک و قاب بندی مخازن طبیعی و مصنوعی ، هنگام کار با کیسون و گودال سیلو استفاده می شود.

همچنین می توانید دسته ابزار را تعمیر کنید ، لوله ها را تعمیر کنید ، پایه های مبلمان ، شیلنگ ، دستگیره ، قاب تجهیزات ، طاقچه های پنجره و پنجره های PVC را تعمیر کنید.