Kaikki hiilikuidusta

Kaiken hiilikuidusta tietäminen on erittäin tärkeää jokaiselle nykyajan ihmiselle. Kun ymmärrät Venäjän hiilentuotantotekniikan, hiilikuidun tiheyden ja muut ominaisuudet, on helpompi ymmärtää sen sovelluksen laajuus ja tehdä oikea valinta. Lisäksi sinun pitäisi selvittää kaikki kittistä ja hiilikuitulattialämmityksestä, tämän tuotteen ulkomaisista valmistajista ja erilaisista käyttöalueista.

Nimet hiilikuitu ja hiilikuitu sekä useissa lähteissä myös hiilikuitu ovat hyvin yleisiä. Mutta ajatus näiden materiaalien todellisista ominaisuuksista ja niiden käyttömahdollisuuksista on monille aivan erilainen. Teknisestä näkökulmasta katsottuna tämä materiaali on koottu kierteistä, joiden poikkileikkaus on vähintään 5 ja enintään 15 mikronia... Lähes kaikki koostumus koostuu hiiliatomeista - tästä nimi. Nämä atomit itsessään on ryhmitelty teräviin kiteisiin, jotka muodostavat yhdensuuntaisia ​​viivoja.

Tämä rakenne tarjoaa erittäin korkean vetolujuuden. Hiilikuitu ei ole täysin uusi keksintö. Edison vastaanotti ja käytti ensimmäiset näytteet vastaavasta materiaalista. Myöhemmin, 1900-luvun puolivälissä, hiilikuitu koki renessanssin - ja siitä lähtien sen käyttö on lisääntynyt tasaisesti.

Hiilikuidun ominaisuuksista tärkein on edelleen sen poikkeuksellinen lämmönkestävyys... Vaikka aine kuumennetaan 1600 - 2000 asteeseen, sen parametrit eivät muutu, jos ympäristössä ei ole happea. Tämän materiaalin tiheys on tavallisen ohella myös lineaarinen (mitattu ns. texillä). Lineaaritiheydellä 600 tex 1 km:n rainan massa on 600 g. Usein materiaalin kimmokerroin eli kuten sanotaan Youngin kimmokerroin on myös ratkaisevan tärkeä.

Erittäin lujilla kuiduilla tämä luku vaihtelee 200 - 250 GPa. PAN-pohjaisen korkeamoduulisen hiilikuidun kimmomoduuli on noin 400 GPa. Nestekideliuoksilla tämä parametri voi vaihdella välillä 400 - 700 GPa. Kimmokerroin lasketaan sen arvon perusteella, kun yksittäisiä grafiittikiteitä venytetään. Atomitasojen orientaatio määritetään röntgendiffraktioanalyysillä.

Oletuspintajännitys on 0,86 N/m. Käsiteltäessä materiaalia metalli-komposiittikuidun saamiseksi tämä luku nousee arvoon 1,0 N / m. Mittaus kapillaarinousumenetelmällä auttaa määrittämään vastaavan parametrin. Kuitujen sulamispiste maaöljypiekkojen perusteella on 200 astetta. Linkous tapahtuu noin 250 asteessa; muun tyyppisten kuitujen sulamispiste riippuu suoraan niiden koostumuksesta.

Hiilikankaiden enimmäisleveys riippuu teknisistä vaatimuksista ja vivahteista. Monilla valmistajilla se on 100 tai 125 cm. Mitä tulee aksiaaliseen lujuuteen, se on yhtä suuri:

• erittäin lujille PAN-pohjaisille tuotteille 3000 - 3500 MPa;
• kuitujen, joilla on merkittävä venymä, tiukasti 4500 MPa;
• korkeamoduulimateriaalille 2000 - 4500 MPa.

Teoreettiset laskelmat kiteen stabiiliudesta vetovoiman alaisena hilan atomitasoa kohti antavat arvioitu arvo 180 GPa.Odotettu käytännön raja on 100 GPa. Kokeet eivät kuitenkaan ole vielä vahvistaneet yli 20 GPa:n tason läsnäoloa. Hiilikuidun todellista lujuutta rajoittavat sen mekaaniset viat ja valmistusprosessin vivahteet. Käytännön tutkimuksissa todettu 1/10 mm pituisen osion vetolujuus tulee olemaan 9-10 GPa.

T30-hiilikuitu ansaitsee erityistä huomiota. Tätä materiaalia käytetään pääasiassa tankojen valmistuksessa. Tämä ratkaisu erottuu kevyydestään ja erinomaisesta tasapainostaan. T30-indeksi tarkoittaa 30 tonnin kimmomoduulia.

Hiilikuitua voidaan valmistaa useista erilaisista polymeerityypeistä. Käsittelytapa määrittää tällaisten materiaalien kaksi päätyyppiä - hiiltyneet ja grafitoidut tyypit. Tärkeä ero on olemassa PAN:sta johdetun kuidun ja eri pitkitystyyppien välillä. Laadukkailla hiilikuiduilla, sekä korkealla lujuudella että korkealla moduulilla, voi olla erilainen kovuus ja moduuli. On tapana viitata niihin eri merkkeihin.

Kuidut valmistetaan filamentti- tai nippumuodossa. Ne muodostuvat 1000 - 10000 jatkuvasta filamentista. Näistä kuiduista voidaan myös valmistaa kankaita, kuten rouvia (tässä tapauksessa filamenttien lukumäärä on vielä suurempi). Lähtöraaka-aineena ei ole vain yksinkertaisia ​​kuituja, vaan myös nestekidepikeitä sekä polyakryylinitriiliä. Valmistusprosessi tarkoittaa ensin alkuperäisten kuitujen valmistusta, jonka jälkeen ne kuumennetaan ilmassa 200 - 300 astetta.

PAN:n tapauksessa tätä prosessia kutsutaan esikäsittelyksi tai palonkestävyyden parantamiseksi. Tällaisen toimenpiteen jälkeen piki saa niin tärkeän ominaisuuden kuin sulamattomuus. Kuidut ovat osittain hapettuneet. Lisäkuumennustapa määrittää, kuuluvatko ne hiiltyneeseen vai grafitoituneeseen ryhmään. Työn päättyminen tarkoittaa, että pinnalle annetaan tarvittavat ominaisuudet, minkä jälkeen se viimeistellään tai mitoitetaan.

Ilmassa tapahtuva hapettuminen lisää palonkestävyyttä paitsi hapettumisen seurauksena. Osuutta ei anna vain osittainen dehydraus, vaan myös molekyylien välinen silloitus ja muut prosessit. Lisäksi materiaalin herkkyys sulamiselle ja hiiliatomien haihtumiselle vähenee. Hiilettymiseen (korkean lämpötilan vaiheessa) liittyy kaasutus ja kaikkien vieraiden atomien poistuminen.

Niiden myöhempi hiiltyminen suoritetaan typpiympäristössä 1000 - 1500 asteessa. Useiden tekniikkojen mukaan optimaalinen lämmitystaso on 1200 - 1400 astetta. Korkeamoduulikuitu on lämmitettävä noin 2500 asteeseen. Esivaiheessa PAN saa tikapuun mikrorakenteen. Kondensaatio molekyylinsisäisellä tasolla, johon liittyy polysyklisen aromaattisen aineen esiintyminen, on "vastuussa" sen esiintymisestä.

Mitä enemmän lämpötila nousee, sitä suurempi on syklisen tyypin rakenne. Tekniikan mukaisen lämpökäsittelyn päätyttyä molekyylien tai aromaattisten fragmenttien järjestely on sellainen, että pääakselit ovat samansuuntaisia ​​kuituakselin kanssa. Jännitys estää suuntausasteen putoamisen. PAN:n hajoamisen erityispiirteet lämpökäsittelyn aikana määräytyvät oksastettujen monomeerien pitoisuuden perusteella. Jokainen tällaisten kuitutyyppi määrittää alkukäsittelyolosuhteet.

Nestekideöljypikeä on säilytettävä pitkään 350 - 400 asteen lämpötiloissa. Tämä tila johtaa polysyklisten molekyylien kondensoitumiseen. Niiden massa kasvaa ja tarttuminen yhteen tapahtuu vähitellen (sferuliittien muodostuessa). Jos kuumennus ei lopu, sferuliitit kasvavat, molekyylipaino kasvaa ja seurauksena on jatkuvan nestekidefaasin muodostuminen. Kiteet liukenevat toisinaan kinoliiniin, mutta yleensä ne eivät liukene sekä siihen että pyridiiniin (tämä riippuu tekniikan vivahteista).

Nestekidepikeestä saadut kuidut, joissa on 55-65 % nestekiteitä, virtaavat plastisesti. Linkous suoritetaan 350 - 400 asteessa. Erittäin orientoitunut rakenne muodostetaan kuumentamalla ensin ilmakehässä 200 - 350 asteessa ja pitämällä sen jälkeen inertissä ilmakehässä. Thornel P-55 -tuotemerkin kuidut on lämmitettävä 2000 asteeseen, mitä korkeampi kimmokerroin, sitä korkeampi lämpötilan tulisi olla.

Viime aikoina tiede- ja insinöörityöt kiinnittävät yhä enemmän huomiota hydrausta käyttävään teknologiaan. Kuitujen alkutuotanto suoritetaan usein hydraamalla kivihiilitervan ja naftalaattihartsin seosta. Tässä tapauksessa tetrahydrokinoliinia tulee olla läsnä. Käsittelylämpötila on 380 - 500 astetta. Kiintoaineet voidaan poistaa suodattamalla ja sentrifugoimalla; sitten pihoja paksunnetaan korotetussa lämpötilassa. Hiilen tuotantoon on käytettävä (tekniikasta riippuen) melko erilaisia ​​laitteita:

• kerrokset, jotka jakavat tyhjiön;
• pumput;
• tiivistysvaljaat;
• työpöydät;
• ansoja;
• johtava verkko;
• tyhjiö elokuvat;
• prepregit;
• autoklaavit.

Seuraavat hiilikuituvalmistajat ovat johtavia globaaleilla markkinoilla:

• Thornell, Fortafil ja Celion (Yhdysvallat);
• Grafil ja Modmore (Englanti);
• Kureha-Lone ja Toreika (Japani);
• Cytec Industries;
• Hexcel;
• SGL-ryhmä;
• Toray Industries;
• Zoltek;
• Mitsubishi Rayon.

Nykyään hiiltä tuotetaan Venäjällä:

• Tšeljabinskin hiili- ja komposiittimateriaalien tehdas;
• Balakovo-hiilen tuotanto;
• NPK Khimprominzhiniring;
• Saratovin yritys "START".

Hiilikuitua käytetään komposiittivahvikkeiden valmistukseen. On myös yleistä käyttää sitä saadakseen:

• kaksisuuntaiset kankaat;
• suunnittelija kankaat;
• biaksiaalinen ja neliakselinen kudos;
• ei-kudotut kankaat;
• yksisuuntainen nauha;
• prepregit;
• ulkoinen vahvistus;
• kuitua;
• valjaat.

Nyt on melko vakava innovaatio infrapuna lämmin lattia. Tässä tapauksessa materiaalia käytetään perinteisen metallilangan korvaajana. Se voi tuottaa 3 kertaa enemmän lämpöä, lisäksi energiankulutus vähenee noin 50 %. Monimutkaisten mallintamistekniikoiden ystävät käyttävät usein käämimällä saatuja hiiliputkia. Nämä tuotteet ovat kysyttyjä myös autojen ja muiden laitteiden valmistajilta. Hiilikuitua käytetään usein esimerkiksi käsijarruissa. Hanki myös tämän materiaalin perusteella:

• lentokonemallien osat;
• yksiosaiset huput;
• polkupyörät;
• osat autojen ja moottoripyörien viritykseen.

Hiilikangaspaneelit ovat 18 % jäykemmät kuin alumiini ja 14 % enemmän kuin rakenneteräs... Tähän materiaaliin perustuvia holkkeja tarvitaan vaihtelevan poikkileikkauksen omaavien putkien, eri profiilien spiraalituotteiden saamiseksi. Niitä käytetään myös golfmailojen valmistukseen ja korjaukseen. On myös syytä mainita sen käyttö. älypuhelimien ja muiden vempaimien erityisen kestävien koteloiden valmistuksessa. Tällaiset tuotteet ovat yleensä laadukkaita ja niillä on parannetut koristeominaisuudet.

Mitä tulee dispergoituun grafiittityyppiseen jauheeseen, sitä tarvitaan:

• vastaanotettaessa sähköä johtavia pinnoitteita;
• vapautettaessa erityyppistä liimaa;
• kun vahvistetaan muotteja ja joitain muita osia.

Hiilikuitukitti on monin tavoin parempi kuin perinteinen kitti. Monet asiantuntijat arvostavat tätä yhdistelmää sen plastisuudesta ja mekaanisesta lujuudesta. Koostumus soveltuu syvien vikojen peittämiseen. Hiilitangot ovat vahvoja, kevyitä ja pitkäikäisiä. Tällaista materiaalia tarvitaan:

• ilmailu;
• rakettiteollisuus;
• urheiluvälineiden vapauttaminen.

Karboksyylihapon suolojen pyrolyysillä voidaan saada ketoneja ja aldehydejä.Hiilikuidun erinomaiset lämpöominaisuudet mahdollistavat sen käytön lämmittimissä ja lämpötyynyissä. Tällaiset lämmittimet:

• taloudellinen;
• luotettava;
• erottuu vaikuttavasta tehokkuudesta;
• älä levitä vaarallista säteilyä;
• suhteellisen kompakti;
• täydellisesti automatisoitu;
• toimii ilman tarpeettomia ongelmia;
• älä levitä ylimääräistä ääntä.

Hiili-hiili-komposiitteja valmistetaan:

• upokkaiden tuet;
• kartiomaiset osat tyhjiösulatusuuneihin;
• putkimaisia ​​osia niitä varten.

Muita käyttöalueita ovat:

• kotitekoiset veitset;
• käyttää terälehtiventtiiliä moottoreissa;
• käyttöä rakentamisessa.

Nykyaikaiset rakentajat ovat pitkään käyttäneet tätä materiaalia paitsi ulkoiseen vahvistamiseen. Sitä tarvitaan myös kivitalojen ja uima-altaiden vahvistamiseen. Liimattu vahvistuskerros palauttaa siltojen tukien ja palkkien ominaisuudet. Sitä käytetään myös luotaessa septisiä säiliöitä ja kehystettäessä luonnollisia, keinotekoisia säiliöitä, kun työskennellään kesonin ja siilokaivon kanssa.

Seuraavasta videosta löydät lisää tietoa hiilikuidun valmistuksesta.