Ugljična vlakna: svojstva, fotografija, dobivanje, upotreba

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

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

Tehnologija proizvodnje

Za proizvodnju materijala koriste se sirovine u obliku prirodnih ili kemijskih vlakana organskog podrijetla. Nadalje, kao rezultat posebne obrade, od izvornog izratka ostaju samo atomi ugljika. Glavna utjecajna sila je temperatura. Tehnološki proces uključuje provedbu nekoliko faza toplinske obrade. U prvoj fazi primarna struktura se oksidira pod temperaturnim uvjetima do 250 °C. Na sljedećemU fazi, proizvodnja ugljičnih vlakana prelazi u postupak karbonizacije, uslijed čega se materijal zagrijava u dušičnom okruženju na visokim temperaturama do 1500 °C. Tako nastaje grafitna struktura. Cijeli proizvodni proces je završen finalnom obradom u obliku grafitizacije na 3000 °C. U ovoj fazi, sadržaj čistog ugljika u vlaknima doseže 99%.

Gdje se koriste karbonska vlakna?

Ako se u prvim godinama popularizacije materijal koristio isključivo u visokospecijaliziranim područjima, danas dolazi do ekspanzije proizvodnje u kojoj se koristi ovo kemijsko vlakno. Materijal je dosta plastičan i heterogen u pogledu mogućnosti eksploatacije. S velikom vjerojatnošću proširit će se opseg takvih vlakana, no danas su se oblikovale osnovne vrste prezentacije materijala na tržištu. Posebno možemo istaknuti građevinsku industriju, medicinu, proizvodnju elektrotehnike, kućanskih aparata itd. Što se tiče specijaliziranih područja, upotreba ugljičnih vlakana i dalje je relevantna za proizvođače zrakoplovne opreme, medicinskih elektroda i materijala koji apsorbiraju radare.

Oblici proizvodnje

Prije svega, riječ je o tekstilnim proizvodima otpornim na toplinu, među kojima možemo razlikovati tkanine, niti, pleteninu, filc itd. Tehnološki smjer je proizvodnja kompozita. Možda je to 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 također je vrlo spremna razmotriti nove prijedloge proizvođača ovog kemijskog vlakna.

Svojstva materijala

Specifičnosti tehnologije dobivanja materijala ostavile su traga na performansama vlakana. Kao rezultat toga, visoka toplinska stabilnost postala je glavna prepoznatljiva značajka strukture takvih proizvoda. Osim toplinskih učinaka, materijal je također otporan na kemijski agresivna okruženja. Istina, ako je kisik prisutan tijekom 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 tvrdima i otpornima na oštećenja. Ta kvaliteta posebno dolazi do izražaja kod ugljičnih proizvoda. Još jedno svojstvo koje je traženo među tehnolozima raznih proizvoda je sposobnost apsorpcije. Zbog aktivne površine, ovo se vlakno može smatrati učinkovitim katalitičkim sustavom.

Producenti

Lideri u segmentu su američke, japanske i njemačke tvrtke. Ruske tehnologije na ovom području 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 tvrtke Mitsubishi, Kureha, Teijin i dr. Drugi dio dijele Nijemci i Amerikanci. Primjerice, američka strana je Cytec, a u Njemačkoj karbonska vlakna proizvodi SGL. Ne tako davno, tajvanska tvrtka Formosa Plastics ušla je na popis lidera u ovom području. Što se tiče domaće proizvodnje, samo dvije tvrtke se bave razvojem kompozita - Argon i Khimvolokno. U isto vrijeme, bjeloruski i ukrajinski poduzetnici postigli su značajna postignuća posljednjih godina, ovladavši novim nišama za komercijalnu upotrebu ugljičnih vlakana.

Budućnost karbonskih vlakana

Budući da će neke vrste CFRP-a uskoro omogućiti proizvodnju proizvoda koji mogu zadržati svoju izvornu strukturu milijunima godina, mnogi stručnjaci predviđaju prekomjernu proizvodnju takvih proizvoda. Unatoč tome, zainteresirane tvrtke nastavljaju utrkivati tehnološke nadogradnje. I to je u velikoj mjeri opravdano, budući da su svojstva ugljičnih vlakana za red veličine superiornija od onih tradicionalnih materijala. Dovoljno je zapamtiti snagu i otpornost na toplinu. Na temelju ovih prednosti, programeri istražuju nova područja razvoja. Uvođenje materijala najvjerojatnije će pokriti ne samo specijalizirana 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 izvedbe.

Zaključak

Mnogi čimbenici sprječavaju široko prihvaćanje inovativnih umjetnih vlakana. Jedna od najznačajnijih je visoka cijena. Budući da karbonska vlakna zahtijevaju korištenje visokotehnološke opreme za proizvodnju, ne može si svaka tvrtka priuštiti da je nabavi. Ali to nije najvažnije. 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 izvesti sličnu nadogradnju na susjednim komponentama. Rezultat je neravnoteža koja poništava sva dostignuća novih tehnologija.