Tot sobre fibra de carboni

Saber tot sobre la fibra de carboni és molt important per a tota persona moderna. Comprendre la tecnologia de producció de carboni a Rússia, la densitat i altres característiques de la fibra de carboni, serà més fàcil entendre l'abast de la seva aplicació i prendre la decisió correcta. A més, hauríeu d'esbrinar tot sobre la massilla i la calefacció per terra radiant amb fibra de carboni, sobre els fabricants estrangers d'aquest producte i sobre diversos camps d'aplicació.

Els noms fibra de carboni i fibra de carboni, i en diverses fonts també fibra de carboni, són molt comuns. Però la idea de les característiques reals d'aquests materials i les possibilitats del seu ús és molt diferent per a moltes persones. Des del punt de vista tècnic, aquest material s'acobla a partir de fils amb una secció transversal no inferior a 5 ni superior a 15 micres... Gairebé tota la composició està formada per àtoms de carboni, d'aquí el nom. Aquests àtoms s'agrupen en cristalls nítids que formen línies paral·leles.

Aquest disseny proporciona una resistència a la tracció molt alta. La fibra de carboni no és un invent completament nou. Edison va rebre i utilitzar les primeres mostres d'un material similar. Més tard, a mitjans del segle XX, la fibra de carboni va experimentar un renaixement, i des de llavors el seu ús ha augmentat constantment.

La més important de les característiques de la fibra de carboni segueix sent la seva resistència a la calor excepcional... Fins i tot si la substància s'escalfa fins a 1600 - 2000 graus, en absència d'oxigen a l'entorn, els seus paràmetres no canviaran. La densitat d'aquest material, juntament amb l'habitual, també és lineal (mesurada en l'anomenat tex). Amb una densitat lineal de 600 tex, la massa d'1 km de web serà de 600 g. En molts casos, el mòdul elàstic del material, o, com diuen, el mòdul d'Young, també té una importància crítica.

Per a fibra d'alta resistència, aquesta xifra oscil·la entre 200 i 250 GPa. La fibra de carboni d'alt mòdul feta a base de PAN té un mòdul elàstic d'aproximadament 400 GPa. Per a solucions de cristall líquid, aquest paràmetre pot variar entre 400 i 700 GPa. El mòdul elàstic es calcula a partir de l'estimació del seu valor quan s'estiren cristalls de grafit individuals. L'orientació dels plans atòmics s'estableix mitjançant l'anàlisi de difracció de raigs X.

La tensió superficial predeterminada és de 0,86 N/m. Quan es processa el material per obtenir una fibra composta de metall, aquesta xifra augmenta a 1,0 N / m. La mesura pel mètode d'ascens capil·lar ajuda a determinar el paràmetre corresponent. El punt de fusió de les fibres basades en breus de petroli és de 200 graus. El filat té lloc a uns 250 graus; el punt de fusió d'altres tipus de fibres depèn directament de la seva composició.

L'amplada màxima dels draps de carboni depèn dels requisits tecnològics i dels matisos. Per a molts fabricants, és de 100 o 125 cm. Pel que fa a la força axial, serà igual a:

• per a productes d'alta resistència basats en PAN de 3000 a 3500 MPa;
• per a fibres amb un allargament important, estrictament 4500 MPa;
• per a material d'alt mòdul de 2000 a 4500 MPa.

Els càlculs teòrics de l'estabilitat d'un cristall sota una força de tracció cap al pla atòmic de la xarxa donen un valor estimat de 180 GPa.El límit pràctic esperat és de 100 GPa. Tanmateix, els experiments encara no han confirmat la presència d'un nivell de més de 20 GPa. La força real de la fibra de carboni està limitada pels seus defectes mecànics i els matisos del procés de fabricació. La resistència a la tracció d'una secció amb una longitud d'1/10 mm establerta en estudis pràctics serà de 9 a 10 GPa.

La fibra de carboni T30 mereix una atenció especial. Aquest material s'utilitza principalment en la producció de barres. Aquesta solució es distingeix per la seva lleugeresa i excel·lent equilibri. L'índex T30 denota un mòdul d'elasticitat de 30 tones.

La fibra de carboni es pot fer a partir d'una gran varietat de tipus de polímers. El mode de processament determina dos tipus principals d'aquests materials: tipus carbonitzats i grafititzats. Hi ha una distinció important entre fibra derivada de PAN i diferents tipus de to. Les fibres de carboni de qualitat, tant en graus d'alta resistència com d'alt mòdul, poden tenir nivells diferents de duresa i mòdul. És habitual referir-los a diferents marques.

Les fibres es fan en format de filament o paquet. Es formen entre 1000 i 10000 filaments continus. També es poden fabricar teixits d'aquestes fibres, com estopes (en aquest cas, el nombre de filaments és encara més gran). La matèria primera de partida no són només fibres simples, sinó també breus de cristall líquid, així com poliacrilonitril. El procés de producció implica primer la producció de les fibres originals, i després s'escalfen a l'aire a 200 - 300 graus.

En el cas del PAN, aquest procés s'anomena pretractament o millora de la resistència al foc. Després d'aquest procediment, el to té una propietat tan important com la infusibilitat. Les fibres estan parcialment oxidades. El mode d'escalfament addicional determina si pertanyen al grup carbonitzat o grafititzat. El final de l'obra implica donar a la superfície les propietats necessàries, després de les quals s'acaba o dimensiona.

L'oxidació a l'aire augmenta la resistència al foc no només com a resultat de l'oxidació. La contribució es fa no només per la deshidrogenació parcial, sinó també per la reticulació intermolecular i altres processos. A més, es redueix la susceptibilitat del material a la fusió i la volatilització dels àtoms de carboni. La carbonització (en la fase d'alta temperatura) va acompanyada de gasificació i la fugida de tots els àtoms estrangers.

La seva posterior carbonització es porta a terme en un ambient de nitrogen a 1000 - 1500 graus. El nivell òptim de calefacció, segons diversos tecnòlegs, és de 1200 a 1400 graus. La fibra d'alt mòdul s'haurà d'escalfar fins a uns 2500 graus. En l'etapa preliminar, el PAN rep una microestructura d'escala. La condensació a nivell intramolecular, acompanyada de l'aparició d'una substància aromàtica policíclica, és "responsable" de la seva aparició.

Com més augmenta la temperatura, més gran serà l'estructura del tipus cíclic. Un cop finalitzat el tractament tèrmic segons la tecnologia, la disposició de les molècules o fragments aromàtics és tal que els eixos principals seran paral·lels a l'eix de la fibra. La tensió evita la caiguda del grau d'orientació. Les característiques específiques de la descomposició del PAN durant el tractament tèrmic estan determinades per la concentració de monòmers empeltats. Cada tipus d'aquestes fibres determina les condicions inicials de processament.

La brea de petroli de cristall líquid s'ha de mantenir durant molt de temps a temperatures d'entre 350 i 400 graus. Aquest mode conduirà a la condensació de molècules policíciques. La seva massa augmenta i es produeix l'adhesió gradual (amb la formació d'esferulites). Si l'escalfament no s'atura, les esferulites creixen, el pes molecular augmenta i el resultat és la formació d'una fase cristal·lina líquida contínua. De vegades, els cristalls són solubles en quinolina, però normalment no es dissolen ni en ella ni en piridina (això depèn dels matisos de la tecnologia).

Les fibres obtingudes a partir de peix de cristall líquid amb un 55-65% de cristalls líquids flueixen plàsticament. El filat es realitza a 350 - 400 graus. Una estructura altament orientada es forma mitjançant l'escalfament inicial en una atmosfera d'aire a 200 - 350 graus i la posterior conservació en una atmosfera inert. Les fibres de la marca Thornel P-55 s'han d'escalfar fins a 2000 graus, com més gran sigui el mòdul d'elasticitat, més alta hauria de ser la temperatura.

Recentment, els treballs científics i d'enginyeria estan prestant cada cop més atenció a la tecnologia que utilitza la hidrogenació. La producció inicial de fibres s'aconsegueix sovint hidrogenant una barreja de breu de quitrà de hulla i goma naftàlica. En aquest cas, la tetrahidroquinolina hauria d'estar present. La temperatura de processament és de 380-500 graus. Els sòlids es poden eliminar per filtració i centrifugació; aleshores els breus s'espesseixen a una temperatura elevada. Per a la producció de carboni, cal utilitzar (segons la tecnologia) una gran varietat d'equips:

• capes que distribueixen el buit;
• bombes;
• arnesos de segellat;
• taules de treball;
• trampes;
• malla conductora;
• pel·lícules al buit;
• preimpregnats;
• autoclaus.

Els següents fabricants de fibra de carboni són líders al mercat mundial:

• Thornell, Fortafil i Celion (Estats Units);
• Grafil i Modmore (Anglaterra);
• Kureha-Lone i Toreika (Japó);
• Indústries Cytec;
• Hexcel;
• Grup SGL;
• Indústries Toray;
• Zoltek;
• Mitsubishi Rayon.

Avui dia es produeix carboni a Rússia:

• Planta de Chelyabinsk de carboni i materials compostos;
• Producció de carboni de Balakovo;
• NPK Khimprominzhiniring;
• Empresa Saratov "START".

La fibra de carboni s'utilitza per fer un reforç compost. També és habitual utilitzar-lo per obtenir:

• teixits bidireccionals;
• teixits de disseny;
• teixit biaxial i quadriaxial;
• teixit no teixit;
• cinta unidireccional;
• preimpregnats;
• reforç extern;
• fibra;
• arnesos.

Ara és una innovació força seriosa sòl càlid d'infrarojos. En aquest cas, el material s'utilitza com a reemplaçament del filferro metàl·lic tradicional. Pot generar 3 vegades més calor, a més, el consum d'energia es redueix al voltant d'un 50%. Els amants de les tècniques complexes de modelatge solen utilitzar tubs de carboni obtinguts per bobinat. Aquests productes també són demanats pels fabricants d'automòbils i altres equips. La fibra de carboni s'utilitza sovint per als frens de mà, per exemple. Així mateix, a partir d'aquest material, s'obté:

• peces per a models d'avions;
• caputxes d'una sola peça;
• bicicletes;
• peces per a tuning de cotxes i motocicletes.

Els panells de tela de carboni són un 18% més rígids que l'alumini i un 14% més que l'acer estructural... Les mànigues a base d'aquest material són necessàries per obtenir tubs i tubs de secció transversal variable, productes espirals de diversos perfils. També s'utilitzen per a la producció i reparació de pals de golf. També val la pena destacar el seu ús. en la producció de fundes especialment duradores per a telèfons intel·ligents i altres aparells. Aquests productes solen tenir un caràcter premium i tenen qualitats decoratives millorades.

Pel que fa a la pols de tipus grafit dispersa, es necessita:

• en rebre recobriments elèctricament conductors;
• en alliberar cola de diversos tipus;
• en reforçar motlles i algunes altres peces.

La massilla de fibra de carboni és millor que la massilla tradicional de diverses maneres. Aquesta combinació és apreciada per molts experts per la seva plasticitat i resistència mecànica. La composició és adequada per cobrir defectes profunds. Les barres o barres de carboni són fortes, lleugeres i de llarga durada. Aquest material és necessari per a:

• aviació;
• la indústria de coets;
• llançament de material esportiu.

Per piròlisi de sals d'àcid carboxílic es poden obtenir cetones i aldehids.Les excel·lents propietats tèrmiques de la fibra de carboni permeten que s'utilitzi en escalfadors i coixinets de calefacció. Aquests escalfadors:

• econòmic;
• fiable;
• es distingeixen per una eficiència impressionant;
• no propagar radiacions perilloses;
• relativament compacte;
• perfectament automatitzat;
• funciona sense problemes innecessaris;
• no propagar sorolls estranys.

Els compostos carboni-carboni s'utilitzen en la producció de:

• suports per a gresols;
• peces coniques per a forns de fusió al buit;
• peces tubulars per a ells.

Les àrees d'aplicació addicionals inclouen:

• ganivets casolans;
• ús per a una vàlvula de pètals en motors;
• ús en construcció.

Els constructors moderns han utilitzat durant molt de temps aquest material no només per al reforç extern. També cal reforçar les cases de pedra i les piscines. La capa de reforç encolada restaura les qualitats de suports i bigues en ponts. També s'utilitza per crear fosses sèptiques i emmarcar embassaments naturals i artificials, quan es treballa amb un caixó i una fossa de sitja.

En el següent vídeo trobareu més informació sobre la producció de fibra de carboni.