26.09.2016      3076      0
 

Углеводородное волокно или карбон

Углеводородное волокно или карбон — это суперпрочный материал и в то же время довольно легкий….


carbon-1

Углеводородное волокно или карбон - это суперпрочный материал и в то же время довольно легкий. Это волокно в пять раз прочнее и в два раза крепче стали, но при этом вес его в два-три раза меньше. Этот материал состоит из тонких нитей карбона, которые в несколько раз тоньше человеческого волоса.

Углеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низким удельным весом и низким коэффициентом температурного расширения. Чтобы получить углеводородное волокно, необходимо произвести термическую обработку химических или природных органических волокон. В результате, количество углерода в волокне доводится как минимум к 92 процентам.

История

Углеродные волокна представляют собой новое поколение высокопрочных волокон. Впервые производство углеродного волокна было предложено и запатентовано Томасом Алва Эдисоном в 1880 г. и использовать он его предложил в качестве нитей накаливания в электрических лампах. Однако, в широкое использование углеводородные волокна вошли только в 1960 годах, как наиболее подходящий материал для воздушной армии, особенно для изготовления ракетных двигателей поскольку обладают высокой термостойкостью. В последние десятилетия, углеродные волокна начали широко применяться в области аэронавтики, изготовлению спортивного инвентаря, производства автомобилей, в сфере строительства и, конечно же, музыкальных инструментов. Для получения углеродного волокна могут быть использованы специальные волокна из фенольных смол.

Углеродные волокна идеально подходят для изготовления продукции, где прочность, плотность и легкий вес являются главными характеристиками. Более того, оно также используется, когда высокая температура, химическая инертность и высокая демпфирование при производстве продукта, играет не менее важную роль. Благодаря химической инертности углеволокнистые материалы используют в качестве фильтрующих слоёв для очистки агрессивных жидкостей и газов от дисперсных примесей, а также в качестве уплотнителей и сальниковых набивок

Появления полиакрилонитрила (ПАН) и мезофазы (МП) считается важными этапом в истории углеродных волокон. Их структура и состав значительнымcarbon-3 образом влияют на свойства получаемых углеродных волокон. Не смотря на то что, основные процессы для производства углеродного волокна чемто схожи, то для мезофазы и полиакрилонитрила используют различные условия обработки.

Примеры использования углеродного волокна

Космонавтика, ракетостроение и самолетостроениеуглеродные волокна используют в создания материалов для термозащиты космических кораблей, самолетов, ракет, изготовления их носовых частей, деталей двигателей, теплопроводящих устройств и для энергетических установок.
Автомобилестроениеиспользуется для изготовления капотов, крыш, карданных валов, для панелей корпусовв изготовлении шин, газовых баков.
Промышленностьматериалы для изготовления поездов, верхней панели для рентгенов, ПК корпусовдля фильтрации агрессивных сред, очистки газов.
Спортивный инвентарьиспользуется при производстве удочек, велосипедов, клюшек, стоек, рукояток для клюшек и так далее.
Оборонная и военная промышленностьиспользуется при производстве современных индивидуальных средств защиты, при производстве экзоскелетов, производство современного вооружения и частей к боевому оружию и т.д.
Медицинаспециальная одежда для операционных с добавлением углеродных волокон, специальный инструмент и т.д.

carbon-5

Преимущества углеродного волокна

Можно с уверенностью сказать, что не совсем дорогие композиты из углеродных волокон, будут способны внести большой вклад для различных видов технологий, в том числе для технологий, который только начинают развиваться и также не стоит забывать особое значение этого волокна в человеческой жизниПри изготовлении автомобилей, автобусов, поездов, самолетов, кораблей и т.д, начинают появляться панели и конструкции с довольно легким весом, что постепенно может привести к экономии и всемирному уменьшению употребления энергии. Недорогое углеродного волокна является национальной целью, к реализации ряда технологических прорывов производства.

Недостатки углеродных волокон

Большие затраты энергииосновная причина высокой себестоимости углеродного волокна. Впрочем, это компенсируется впечатляющим результатом.
Вторая проблемаэто утилизация отходов. Когда обычный автомобиль ломается, его сталь расплавляют и используют для изготовления другого автомобиля (или здания, или чегото другого, но с использованием этой же стали.), углеродное волокно нельзя расплавить и его довольно сложно переработать. Если всетаки переработать сталь из углеродных волокон, она потеряет свою прочность, какая была ей присуща перед утилизацией.

Классификация и виды углеродных волокон

Если ориентироваться на прочность и конечную температуру термообработки, углеродные волокна могут быть разделены на следующие категории:

На основе свойств углеродные волокна могут быть сгруппированы в:
Сверхпрочное волокно, типа UHM (коэффициент >450Гпа)
Прочное волокно, типа HM (коэффициент между 350450Гпа)
Волокно средней прочности, типа IM (коэффициент между 200350Гпа)
Прочное на разрыв волокно, типа HT (модуль<100Гпа прочность на разрыв> 3.0Гпa)
Волокно с высокой прочностью ( коэффициент растяжения> 4.5 Гпа)

На основе волоконных материалов, углеродные волокна подразделяются на:

Углеродные волокна на основе полиакрилонитрила
Углеродное волокно из каменноугольных и нефтяных пеков
Углеродные волокна на основе мезофазы
На основе вискозных штапельных волокон
Углеродные волокна с добавлением вискозного шелка
Активированные сорбирующие ткани

На основе температуры термообработки, углеродные волокна, подразделяются на:

Тип1, используются при высокой термической обработки (НТТ), где необхожимая температура2000 ° C.
Тип2, эти углеродные волокна поддаются средней  термообработки (IHT), где температура термообработки должна быть около или чуть выше 1500 ° C.
Тип3, данный тип углеродных волокон используется при низкой термообработки, где температура не превышает 1000° C.

Производство углеродных волокон

Углеродное волокноэто супер прочный материал, и в то же время очень легкийУглеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низкимcarbon-4 удельным весом, низким коэффициентом температурного расширения и химической инертностью. Поэтому углеродное волокно часто используют в сфере аэронавтики, изготовления спортивного инвентаря, автомобилей, при строительстве и, конечно же, в музыкальных инструментах.
Углеродные волокна, обычно, получают термической обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углеродаПервый из них представляет собой окисление исходного волокна на воздухе при температуре 250 °C. После окисления следует стадия карбонизациинагрева волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C. В результате чего происходит образование графитоподобных структур.
Процесс термической обработки заканчивается графитизацией при температуре 16003000 °C, которая также проходит в инертной среде. Свойства полученных углерод / графитовых волокон, могут повлиять на большое количество факторов, таких как: кристалличность, движение молекул, состав углерода и присутствие дефектовПолученные в результате углеродные волокна обрабатываются с целью улучшения их свойств и характеристик.

© 2016, Aquamir®.UA

При использовании материала, обратная активная гиперссылка обязательна. Спасибо.


Ваш комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Для отправки комментария, поставьте отметку, что разрешаете сбор и обработку ваших персональных данных . Политика конфиденциальности