Hiilikuitu: Hiilikuitujen Valmistustekniikka Venäjällä, Kitti- Ja Lattialämmitys Hiilikuidulla, Tiheys Ja Hiilikuidun Ominaisuudet

2024 Kirjoittaja: Beatrice Philips | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-09 13:19

Kaikkien nykyajan ihmisille on erittäin tärkeää tietää kaikki hiilikuidusta. Kun ymmärrämme Venäjän hiilituotantotekniikan, hiilikuitujen tiheyden ja muut ominaisuudet, on helpompi ymmärtää sen soveltamisala ja tehdä oikea valinta. Lisäksi sinun pitäisi selvittää kaikki kitti- ja hiilikuitulattialämmityksestä, tämän tuotteen ulkomaisista valmistajista ja eri käyttöalueista.

Ominaisuudet

Nimet hiilikuitu ja hiilikuitu ja monissa lähteissä myös hiilikuitu ovat hyvin yleisiä. Ajatus näiden materiaalien todellisista ominaisuuksista ja niiden käyttömahdollisuuksista on kuitenkin monilla ihmisillä aivan erilainen. Tekniseltä kannalta katsottuna tämä materiaali on koottu kierteistä, joiden poikkileikkaus on vähintään 5 ja enintään 15 mikronia … Lähes kaikki koostumus koostuu hiiliatomeista - tästä nimi. Nämä atomit itse on ryhmitelty teräviksi kiteiksi, jotka muodostavat yhdensuuntaisia viivoja.

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

Hiilikuitua valmistetaan nykyään melko erilaisista raaka -aineista - ja siksi sen ominaisuudet voivat vaihdella suuresti.

Koostumus ja fysikaaliset ominaisuudet

Tärkein hiilikuidun ominaisuuksista on edelleen se poikkeuksellinen lämmönkestävyys … Vaikka aine kuumennetaan 1600 - 2000 asteeseen, sen parametrit eivät muutu ilman happea ympäristössä. Tämän materiaalin tiheys on tavanomaisen ohella myös lineaarinen (ns. Tex). Kun lineaarinen tiheys on 600 tex, 1 km: n rainan massa on 600 g. Monissa tapauksissa myös materiaalin elastisuusmoduuli tai, kuten sanotaan, Youngin moduuli.

Erittäin lujilla kuiduilla tämä luku vaihtelee välillä 200-250 GPa. PAN: n perusteella valmistetun korkean moduulin hiilikuidun elastinen moduuli on noin 400 GPa. Nestekideratkaisuissa tämä parametri voi vaihdella välillä 400 - 700 GPa. Joustomoduuli lasketaan sen arvon arvioinnin perusteella, kun yksittäisiä grafiittikiteitä venytetään. Atomitasojen suunta määritetään röntgendiffraktioanalyysillä.

Oletusarvoinen pintajännitys on 0,86 N / m. Kun materiaalia käsitellään metallikomposiittikuidun saamiseksi, tämä luku nousee 1,0 N / m: iin . Kapillaarien nousumenetelmällä tehty mittaus auttaa määrittämään vastaavan parametrin. Kuitujen sulamislämpötila perustuu öljypisteisiin 200 astetta. Kehruu tapahtuu noin 250 asteessa; muuntyyppisten kuitujen sulamispiste riippuu suoraan niiden koostumuksesta.

Hiilikankaiden suurin leveys riippuu teknologisista vaatimuksista ja vivahteista. Monille valmistajille se on 100 tai 125 cm. Mitä tulee aksiaaliseen lujuuteen, se on yhtä suuri kuin:

• korkean lujuuden tuotteille, jotka perustuvat PAN: iin 3000-3500 MPa;
• kuituille, joilla on merkittävä venymä, ehdottomasti 4500 MPa;
• korkean moduulin materiaalille 2000-4500 MPa.

Teoreettiset laskelmat kiteen pysyvyydestä vetovoiman alaisena kohti hilan atomitasoa antavat arvioidun arvon 180 GPa. Odotettu käytännön raja on 100 GPa. Kokeet eivät kuitenkaan ole vielä vahvistaneet yli 20 GPa: n tasoa. Hiilikuidun todellista lujuutta rajoittavat sen mekaaniset viat ja valmistusprosessin vivahteet. Käytännön tutkimuksissa vahvistetun 1/10 mm pituisen osan vetolujuus on 9-10 GPa.

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

Monimutkaisempien valmistusprosessien avulla saat T35 -tason tuotteen ja niin edelleen.

Tuotantoteknologia

Hiilikuitu voidaan valmistaa monista erilaisista polymeerityypeistä. Käsittelytapa määrittää kaksi tällaisten materiaalien päätyyppiä - hiiltyneet ja grafitoidut tyypit. PAN: sta johdetun kuidun ja eri piki -tyyppien välillä on tärkeä ero. Laadukkailla hiilikuiduilla, sekä lujilla että suurilla moduuleilla, voi olla eri kovuus- ja moduulitasoja . On tapana viitata niihin eri merkeissä.

Kuidut valmistetaan filamentti- tai nippuformaatissa. Ne muodostuvat 1000-10000 jatkuvasta filamentista. Näistä kuiduista voidaan valmistaa myös kankaita, kuten hinauksia (tässä tapauksessa filamenttien määrä on vielä suurempi). Lähtöraaka -aineena ei ole vain yksinkertaisia kuituja, vaan myös nestekidepaikkoja sekä polyakryylinitriiliä. Tuotantoprosessi edellyttää ensin alkuperäisten kuitujen valmistusta ja sitten ne kuumennetaan ilmassa 200 - 300 asteessa.

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

Hapettuminen ilmassa lisää palonkestävyyttä paitsi hapettumisen seurauksena. Osallistuminen ei ole vain osittainen dehydraus, vaan myös molekyylien välinen silloitus ja muut prosessit. Lisäksi materiaalin alttius sulaa ja hiiliatomien haihtua vähenee. Hiilittymiseen (korkean lämpötilan vaiheessa) liittyy kaasutus ja kaikkien vieraiden atomien poistuminen.

PAN -kuidut, jotka on lämmitetty 200 - 300 asteeseen ilman läsnä ollessa, muuttuvat mustiksi.

Niiden seuraava hiiltyminen suoritetaan typpiympäristössä 1000 - 1500 asteen lämpötilassa. Useiden asiantuntijoiden mukaan optimaalinen lämmitystaso on 1200 - 1400 astetta . Korkean moduulin kuitu on lämmitettävä noin 2500 asteeseen. Alkuvaiheessa PAN saa tikkaiden mikrorakenteen. Kondensaatio molekyylisisäisellä tasolla ja siihen liittyvä polysyklinen aromaattinen aine ovat "vastuussa" sen esiintymisestä.

Mitä enemmän lämpötila nousee, sitä suurempi on syklisen rakenteen rakenne . Tekniikan mukaisen lämpökäsittelyn päätyttyä molekyylien tai aromaattisten fragmenttien järjestely on sellainen, että pääakselit ovat yhdensuuntaiset kuidun akselin kanssa. Jännitys estää suunnan putoamisen. PAN: n hajoamisen erityispiirteet lämpökäsittelyn aikana määräytyvät oksastettujen monomeerien pitoisuuden perusteella. Kukin tällaisten kuitujen tyyppi määrittää alkuperäiset käsittelyolosuhteet.

Nestemäistä kiteistä maaöljypiikkiä on pidettävä pitkään 350-400 asteen lämpötiloissa. Tämä tila johtaa polysyklisten molekyylien kondensoitumiseen. Niiden massa kasvaa, ja tarttuminen yhteen tapahtuu vähitellen (sferuliittien muodostumisen kanssa). Jos kuumennus ei pysähdy, sferuliitit kasvavat, molekyylipaino kasvaa ja tuloksena on jatkuvan nestekiteisen faasin muodostuminen . Kiteet liukenevat toisinaan kinoliiniin, mutta yleensä ne eivät liukene sekä siihen että pyridiiniin (tämä riippuu tekniikan vivahteista).

Kuidut, jotka on saatu nestekidenäytöstä ja joissa on 55 - 65% nestekiteitä, virtaavat muovisesti. Linkous suoritetaan 350-400 asteen lämpötilassa. Hyvin suuntautunut rakenne muodostuu alkulämmityksestä ilmailmakehässä 200 - 350 astetta ja sen jälkeen pitämisestä inertissä ilmakehässä. Thornel P-55 -merkin kuidut on lämmitettävä 2000 asteeseen, mitä korkeampi joustavuusmoduuli, sitä korkeampi lämpötila tulee olla.

Viime aikoina tieteelliset ja tekniset työt kiinnittävät yhä enemmän huomiota hydrausta käyttävään tekniikkaan. Kuitujen alkutuotanto suoritetaan usein hydraamalla kivihiilitervapiikin ja teollisuusbensiinikumin seos. Tässä tapauksessa pitäisi olla läsnä tetrahydrokinoliinia . Käsittelylämpötila on 380 - 500 astetta. Kiinteät aineet voidaan poistaa suodattamalla ja sentrifugoimalla; sen jälkeen kentät sakeutetaan korotetussa lämpötilassa. Hiilen tuotannossa on käytettävä (tekniikasta riippuen) melko erilaisia laitteita:

• kerrokset, jotka jakavat tyhjiön;
• pumput;
• tiivistysvaljaat;
• työpöydät;
• ansoja;
• johtava verkko;
• tyhjiökalvot;
• prepregs;
• autoklaavit.

Markkinakatsaus

Seuraavat hiilikuidunvalmistajat ovat maailmanmarkkinoiden johtavia:

• 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 kasvi hiili- ja komposiittimateriaaleista;
• Balakovon hiilen tuotanto;
• NPK Himprominzhiniring;
• Saratovin yritys "START".

Tuotteet ja sovellukset

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

• kaksisuuntaiset kankaat;
• suunnittelija kankaat;
• biaksiaalinen ja neliaksiaalinen kudos;
• kuitukangas;
• yksisuuntainen nauha;
• prepregs;
• ulkoinen vahvistaminen;
• kuitu;
• valjaat.

Melko vakava innovaatio on nyt infrapuna lämmin lattia . Tässä tapauksessa materiaalia käytetään korvaamaan perinteinen metallilanka. Se voi tuottaa 3 kertaa enemmän lämpöä, ja lisäksi energiankulutus vähenee noin 50%. Monimutkaisten tekniikoiden mallinnuksen ystävät käyttävät usein käämityksellä saatuja hiiliputkia. Näille tuotteille ovat kysyntää myös autojen ja muiden laitteiden valmistajat. Hiilikuitua käytetään usein esimerkiksi käsijarruissa. Tämän materiaalin perusteella saat myös:

• lentokoneiden mallien osat;
• yksiosaiset huput;
• polkupyörät;
• osat autojen ja moottoripyörien virittämiseen.

Hiilikuitupaneelit ovat 18% jäykempiä kuin alumiini ja 14% enemmän kuin rakenneteräs … Tähän materiaaliin perustuvia hihoja tarvitaan vaihtelevan poikkileikkauksen omaavien putkien ja eri profiilien spiraalituotteiden saamiseksi. Niitä käytetään myös golfmailojen valmistukseen ja korjaamiseen. On myös syytä mainita sen käyttö. erityisesti kestävien koteloiden valmistuksessa älypuhelimille ja muille laitteille . Tällaiset tuotteet ovat yleensä korkealuokkaisia ja niillä on parannettuja koristeellisia ominaisuuksia.

Mitä tulee hajotettuun grafiittityyppiseen jauheeseen, sitä tarvitaan:

• kun vastaanotetaan sähköä johtavia pinnoitteita;
• kun vapautetaan erityyppistä liimaa;
• muotteja ja joitain muita osia vahvistettaessa.

Hiilikuitukitti on monella tapaa parempi kuin perinteinen kitti. Monet asiantuntijat arvostavat tätä yhdistelmää plastisuudestaan ja mekaanisesta lujuudestaan. Koostumus sopii syvien vikojen peittämiseen. Hiilitangot tai -sauvat ovat vahvoja, kevyitä ja pitkäikäisiä. Tällaista materiaalia tarvitaan:

• ilmailu;
• rakettiteollisuus;
• urheiluvälineiden vapauttaminen.

Karboksyylihapposuolojen pyrolyysillä voidaan saada ketoneja ja aldehydejä. Hiilikuitujen erinomaiset lämpöominaisuudet mahdollistavat sen käytön lämmittimissä ja lämmitystyypeissä. Tällaiset lämmittimet:

• taloudellinen;
• luotettava;
• erottuvat vaikuttavalla tehokkuudella;
• älä levitä vaarallista säteilyä;
• suhteellisen kompakti;
• täysin automatisoitu;
• toimii ilman tarpeettomia ongelmia;
• älä levitä vieraita ääniä.

Hiili-hiili-komposiitteja käytetään seuraavien tuotteiden valmistuksessa:

• upokkaiden tuet;
• kartiomaiset osat tyhjösulatusuuneihin;
• putkimaiset osat heille.

Muita sovellusalueita ovat:

• kotitekoiset veitset;
• käyttö terälehtiventtiiliin moottoreissa;
• käyttää rakentamisessa.

Nykyaikaiset rakentajat ovat pitkään käyttäneet tätä materiaalia paitsi ulkoiseen vahvistukseen. Sitä tarvitaan myös kivitalojen ja uima -altaiden vahvistamiseen. Liimattu vahvistuskerros palauttaa siltojen tukien ja palkkien ominaisuudet. Sitä käytetään myös septisten säiliöiden luomiseen ja luonnollisten, keinotekoisten säiliöiden kehystykseen, kun työskennellään keissonin ja siilokuopan kanssa.

Voit myös korjata työkalukahvat, kiinnittää putket, korjata huonekalujalat, letkut, kahvat, varusteet, ikkunalaudat ja PVC -ikkunat.