Ugljična vlakna: svojstva, fotografija, dobijanje, upotreba

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Napredne industrije i građevinarstvo nedavno su ovladale mnogim fundamentalno novim tehnologijama, od kojih je većina povezana s inovativnim materijalima. Običan korisnik mogao bi uočiti manifestaciju ovog procesa na primjeru građevinskih materijala uz uključivanje kompozita. Također u automobilskoj industriji uvode se karbonski elementi koji povećavaju performanse sportskih automobila. I to nisu sve oblasti u kojima se koriste karbonska vlakna. Osnova za ovu komponentu su karbonska vlakna, čija je fotografija prikazana u nastavku. Zapravo, jedinstvenost i aktivna distribucija kompozita nove generacije leži u nenadmašnim tehničkim i fizičkim kvalitetima.

Tehnologija proizvodnje

Za proizvodnju materijala koriste se sirovine u obliku prirodnih ili hemijskih vlakana organskog porekla. Nadalje, kao rezultat posebne obrade, od originalnog obratka ostaju samo atomi ugljika. Glavna sila uticaja je temperatura. Tehnološki proces uključuje provedbu nekoliko faza toplinske obrade. U prvoj fazi, primarna struktura se oksidira pod temperaturnim uslovima do 250 °C. Na sledećemU fazi, proizvodnja karbonskih vlakana prelazi u postupak karbonizacije, uslijed čega se materijal zagrijava u dušičnom okruženju na visokim temperaturama do 1500 °C. Tako se formira struktura slična grafitu. Cijeli proces proizvodnje je završen finalnom obradom u obliku grafitizacije na 3000 °C. U ovoj fazi, sadržaj čistog ugljenika u vlaknima dostiže 99%.

Gdje se koriste karbonska vlakna?

Ako se u prvim godinama popularizacije materijal koristio isključivo u visoko specijalizovanim oblastima, danas dolazi do ekspanzije proizvodnje u kojoj se koristi ovo hemijsko vlakno. Materijal je dosta plastičan i heterogen u pogledu mogućnosti eksploatacije. Sa velikom vjerovatnoćom, opseg ovakvih vlakana će se proširiti, ali danas su se oblikovale osnovne vrste prezentacije materijala na tržištu. Posebno možemo istaći građevinsku industriju, medicinu, proizvodnju elektrotehnike, kućanskih aparata, itd. Što se tiče specijalizovanih oblasti, upotreba karbonskih vlakana je i dalje relevantna za proizvođače opreme za avione, medicinskih elektroda i materijala koji apsorbuju radare.

Oblici proizvodnje

Pre svega, reč je o tekstilnim proizvodima otpornim na toplotu, među kojima izdvajamo tkanine, konce, trikotažu, filc, itd. Tehnološkiji pravac je proizvodnja kompozita. Možda je ovo najširi segment u kojem su karbonska vlakna zastupljena kao osnova za proizvode za serijsku proizvodnju.proizvodnja. Konkretno, to su ležajevi, jedinice otporne na toplinu, dijelovi i razni elementi koji rade u agresivnim okruženjima. Uglavnom su kompoziti fokusirani na automobilsko tržište, međutim, građevinska industrija je također prilično spremna da razmotri nove prijedloge proizvođača ovog hemijskog vlakna.

Svojstva materijala

Specifičnosti tehnologije za dobijanje materijala ostavile su traga na performansama vlakana. Kao rezultat toga, visoka termička stabilnost postala je glavna prepoznatljiva karakteristika strukture takvih proizvoda. Osim termičkih učinaka, materijal je otporan i na kemijski agresivna okruženja. Istina, ako je kisik prisutan tokom procesa oksidacije kada se zagrijava, to ima štetan učinak na vlakna. Ali mehanička čvrstoća karbonskih vlakana može se natjecati s mnogim tradicionalnim materijalima koji se smatraju tvrdim i otpornim na oštećenja. Ova kvaliteta je posebno izražena kod karbonskih proizvoda. Još jedno svojstvo koje je traženo među tehnolozima različitih proizvoda je sposobnost apsorpcije. Zbog aktivne površine, ovo vlakno se može smatrati efikasnim katalitičkim sistemom.

Proizvođači

Lideri u segmentu su američke, japanske i njemačke kompanije. Ruske tehnologije u ovoj oblasti praktički se nisu razvile posljednjih godina i još uvijek se temelje na razvoju sovjetske ere. Do danas polaVlakna koja se proizvode u svijetu čine japanske kompanije Mitsubishi, Kureha, Teijin i dr. Drugi dio je podijeljen između Nijemaca i Amerikanaca. Na primjer, američka strana je Cytec, au Njemačkoj karbonska vlakna proizvodi SGL. Ne tako davno, tajvanska kompanija Formosa Plastics ušla je na listu lidera u ovoj oblasti. Što se tiče domaće proizvodnje, samo dvije kompanije se bave razvojem kompozita - Argon i Khimvolokno. Istovremeno, bjeloruski i ukrajinski poduzetnici postigli su značajna dostignuća posljednjih godina, ovladavajući novim nišama za komercijalnu upotrebu karbonskih vlakana.

Budućnost karbonskih vlakana

Pošto će neke vrste CFRP-a uskoro omogućiti proizvodnju proizvoda koji mogu zadržati svoju originalnu strukturu milionima godina, mnogi stručnjaci predviđaju prekomjernu proizvodnju takvih proizvoda. Uprkos tome, zainteresovane kompanije nastavljaju da se utrkuju za tehnološke nadogradnje. I to je u velikoj mjeri opravdano, budući da su svojstva karbonskih vlakana za red veličine superiornija od onih tradicionalnih materijala. Dovoljno je zapamtiti snagu i otpornost na toplinu. Na osnovu ovih prednosti, programeri istražuju nova područja razvoja. Uvođenje materijala će najvjerovatnije pokriti ne samo specijalizovana područja, već i područja bliska masovnom potrošaču. Na primjer, obični plastični, aluminijski i drveni elementi mogu se zamijeniti karbonskim vlaknima, koja će nadmašiti konvencionalne materijale u brojnim kvalitetima performansi.

Zaključak

Mnogi faktori sprečavaju široko usvajanje inovativnih veštačkih vlakana. Jedna od najznačajnijih je visoka cijena. Budući da karbonska vlakna zahtijevaju upotrebu visokotehnološke opreme za proizvodnju, ne može svaka kompanija priuštiti da je nabavi. Ali to nije najvažnija stvar. Činjenica je da nisu svi proizvođači zainteresirani za tako radikalne promjene u kvaliteti proizvoda. Dakle, uz povećanje trajnosti jednog elementa infrastrukture, proizvođač ne može uvijek izvršiti sličnu nadogradnju na susjednim komponentama. Rezultat je neravnoteža koja poništava sva dostignuća novih tehnologija.