Uhlíkové vlákno: vlastnosti, fotografia, získavanie, použitie

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Pokročilé priemyselné odvetvia a stavebníctvo si v poslednej dobe osvojili mnohé zásadne nové technológie, z ktorých väčšina je spojená s inovatívnymi materiálmi. Bežný používateľ si mohol všimnúť prejav tohto procesu na príklade stavebných materiálov so zaradením kompozitov. Aj v automobilovom priemysle sa zavádzajú karbónové prvky, ktoré zvyšujú výkon športových áut. A to nie sú všetky oblasti, v ktorých sa uhlíkové vlákna používajú. Základom tohto komponentu sú uhlíkové vlákna, ktorých fotografia je uvedená nižšie. Jedinečnosť a aktívna distribúcia kompozitov novej generácie v skutočnosti spočíva v neprekonateľných technických a fyzikálnych kvalitách.

Výrobná technológia

Na výrobu materiálu sa používajú suroviny vo forme prírodných alebo chemických vlákien organického pôvodu. Ďalej, v dôsledku špeciálneho spracovania zostávajú z pôvodného obrobku iba atómy uhlíka. Hlavnou ovplyvňujúcou silou je teplota. Technologický proces zahŕňa realizáciu niekoľkých stupňov tepelného spracovania. V prvom stupni sa primárna štruktúra oxiduje pri teplotných podmienkach do 250 °C. Na ďalšomVo fáze prechádza výroba uhlíkových vlákien do procesu karbonizácie, v dôsledku čoho sa materiál zahrieva v dusíkovom prostredí pri vysokých teplotách až do 1500 °C. Tak sa vytvorí štruktúra podobná grafitu. Celý výrobný proces je ukončený finálnou úpravou v podobe grafitizácie pri 3000 °C. V tejto fáze dosahuje obsah čistého uhlíka vo vláknach 99 %.

Kde sa používa uhlíkové vlákno?

Ak sa v prvých rokoch popularizácie materiál používal výlučne vo vysoko špecializovaných oblastiach, dnes dochádza k rozšíreniu výroby, v ktorej sa toto chemické vlákno používa. Materiál je značne plastický a heterogénny z hľadiska možností využitia. S vysokou pravdepodobnosťou sa rozsah takýchto vlákien rozšíri, ale dnes sa formovali základné typy prezentácie materiálu na trhu. Môžeme si všimnúť najmä stavebný priemysel, medicínu, výrobu elektrotechniky, domácich spotrebičov atď. Čo sa týka špecializovaných oblastí, používanie uhlíkových vlákien je stále aktuálne pre výrobcov leteckých zariadení, medicínskych elektród a materiálov absorbujúcich radary.

Formy výroby

V prvom rade ide o žiaruvzdorné textilné výrobky, medzi ktorými môžeme rozlíšiť látky, nite, pleteniny, plsť atď. Technologickejším smerom je výroba kompozitov. Možno je to najširší segment, v ktorom sú uhlíkové vlákna zastúpené ako základ pre produkty pre sériovú výrobu.výroby. Ide najmä o ložiská, tepelne odolné jednotky, diely a rôzne prvky, ktoré pracujú v agresívnom prostredí. Prevažne kompozity sa zameriavajú na automobilový trh, ale aj stavebný priemysel je celkom ochotný zvážiť nové návrhy od výrobcov tohto chemického vlákna.

Vlastnosti materiálu

Špecifiká technológie získavania materiálu zanechali stopy na výkone vlákien. V dôsledku toho sa vysoká tepelná stabilita stala hlavným rozlišovacím znakom štruktúry takýchto výrobkov. Okrem tepelných účinkov je materiál odolný aj voči chemicky agresívnemu prostrediu. Je pravda, že ak je kyslík prítomný počas procesu oxidácie pri zahrievaní, má to škodlivý účinok na vlákna. Ale mechanická pevnosť uhlíkových vlákien môže konkurovať mnohým tradičným materiálom, ktoré sú považované za tvrdé a odolné voči poškodeniu. Táto kvalita je obzvlášť výrazná v uhlíkových produktoch. Ďalšou vlastnosťou, ktorá je žiadaná medzi technológmi rôznych produktov, je schopnosť absorpcie. Vďaka aktívnemu povrchu možno toto vlákno považovať za účinný katalytický systém.

Producers

Lídri v segmente sú americké, japonské a nemecké spoločnosti. Ruské technológie sa v tejto oblasti v posledných rokoch prakticky nerozvinuli a stále vychádzajú z vývoja sovietskej éry. K dnešnému dňu polovicaVlákna vyrábané vo svete majú na konte japonské firmy Mitsubishi, Kureha, Teijin a i. Ďalšia časť je rozdelená medzi Nemcov a Američanov. Napríklad americká strana je Cytec av Nemecku vyrába uhlíkové vlákna SGL. Nie je to tak dávno, čo sa do zoznamu lídrov v tejto oblasti zapísala taiwanská spoločnosť Formosa Plastics. Pokiaľ ide o domácu výrobu, vývojom kompozitov sa zaoberajú iba dve spoločnosti - Argon a Khimvolokno. Zároveň bieloruskí a ukrajinskí podnikatelia dosiahli v posledných rokoch významné úspechy, keď si osvojili nové miesta pre komerčné využitie uhlíkových vlákien.

Budúcnosť uhlíkových vlákien

Keďže niektoré typy CFRP čoskoro umožnia výrobu produktov, ktoré si dokážu zachovať svoju pôvodnú štruktúru po milióny rokov, mnohí odborníci predpovedajú nadprodukciu takýchto produktov. Napriek tomu zainteresované spoločnosti pokračujú v pretekaní technologických inovácií. A to je do značnej miery opodstatnené, pretože vlastnosti uhlíkových vlákien sú rádovo lepšie ako vlastnosti tradičných materiálov. Stačí si pamätať na pevnosť a tepelnú odolnosť. Na základe týchto výhod vývojári skúmajú nové oblasti vývoja. Zavedenie materiálu sa s najväčšou pravdepodobnosťou bude týkať nielen špecializovaných oblastí, ale aj oblastí blízkych masovému spotrebiteľovi. Napríklad bežné plastové, hliníkové a drevené prvky môžu byť nahradené uhlíkovými vláknami, ktoré v mnohých výkonnostných kvalitách predčia bežné materiály.

Záver

Veľa faktorov bráni širokému prijatiu inovatívnych umelých vlákien. Jedným z najvýznamnejších sú vysoké náklady. Vzhľadom na to, že uhlíkové vlákna vyžadujú na výrobu použitie špičkových zariadení, nie každá spoločnosť si ich môže dovoliť získať. Ale to nie je to najdôležitejšie. Faktom je, že nie všetci výrobcovia majú záujem o takéto radikálne zmeny v kvalite produktov. Takže pri zvýšení životnosti jedného prvku infraštruktúry nemôže výrobca vždy vykonať podobnú modernizáciu na susedných komponentoch. Výsledkom je nerovnováha, ktorá ruší všetky výdobytky nových technológií.