Fibra De Carboni: Tecnologia De Producció De Fibra De Carboni A Rússia, Massilla I Calefacció Per Terra Radiant Amb Fibra De Carboni, Densitat I Característiques De La Fibra De Car

2024 Autora: Beatrice Philips | [email protected]. Última modificació: 2024-01-09 13:09

Saber-ho tot sobre la fibra de carboni és molt important per a totes les persones modernes. En entendre 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 massilla i calefacció per terra radiant amb fibra de carboni, sobre fabricants estrangers d’aquest producte i sobre diversos camps d’aplicació.

Particularitats

Els noms de 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 d’ús són força diferents per a moltes persones. Des del punt de vista tècnic, aquest material es munta a partir de rosques 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 seu nom. Aquests mateixos àtoms s’agrupen en cristalls nítids que formen línies paral·leles.

Aquest disseny proporciona una resistència a la tracció molt elevada. 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 mitjan segle XX, la fibra de carboni va experimentar un renaixement, i des de llavors el seu ús ha augmentat constantment.

La fibra de carboni es fabrica ara amb matèries primeres molt diferents i, per tant, les seves propietats poden variar molt.

Composició i propietats físiques

La característica més important de la fibra de carboni continua sent la seva excepcional resistència a la calor … Fins i tot si la substància s’escalfa fins als 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 banda serà de 600 g. En molts casos, el mòdul elàstic del material o, com es diu, el mòdul de Young, també és crític.

Per a la fibra d'alta resistència, aquesta xifra oscil·la entre els 200 i els 250 GPa. La fibra de carboni d’alt mòdul fabricada sobre la base de PAN té un mòdul elàstic d’aproximadament 400 GPa. Per a solucions de cristalls líquids, aquest paràmetre pot variar de 400 a 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 per defecte és de 0,86 N / m. En processar el material per obtenir una fibra metàl·lica-composta, aquesta xifra s’eleva a 1,0 N / m . La mesura mitjançant el mètode d'ascens capil·lar ajuda a determinar el paràmetre corresponent. La temperatura de fusió de les fibres basada en els passos del petroli és de 200 graus. La filatura té lloc a uns 250 graus; el punt de fusió d'altres tipus de fibres depèn directament de la seva composició.

L’amplada màxima de les teles de carboni depèn de les necessitats i matisos tecnològics. Per a molts fabricants, fa 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. Tot i això, els experiments encara no han confirmat la presència d’un nivell superior a 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.

Els processos de fabricació més complexos us permeten obtenir un producte del nivell T35, etc.

Tecnologia de producció

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: els tipus carbonitzats i els grafitats. Existeix una distinció important entre fibra derivada de PAN i diferents tipus de to. Les fibres de carboni de qualitat, tant d’alta resistència com d’alt mòdul, poden tenir diferents nivells de duresa i mòdul . És habitual referir-los a diferents marques.

Les fibres es fabriquen en format de filament o paquet. Es formen de 1000 a 10000 filaments continus. També es poden fabricar teles d’aquestes fibres, com els remolcs (en aquest cas, el nombre de filaments és encara més gran). La matèria primera de partida no només són fibres simples, sinó també passos 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 entre 200 i 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 obté una propietat tan important com la infusibilitat. Les fibres s’oxiden parcialment. El mode d’escalfament addicional determina si pertanyran al grup carbonitzat o grafitat . El final del treball implica donar a la superfície les propietats necessàries, després de les quals s’acaba o es dimensiona.

L’oxidació a l’aire augmenta la resistència al foc no només com a resultat de l’oxidació. La contribució no només es produeix mitjançant la deshidrogenació parcial, sinó també mitjançant 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) s’acompanya de la gasificació i l’escapament de tots els àtoms estrangers.

Les fibres PAN escalfades a 200 - 300 graus en presència d'aire es tornen negres.

La seva posterior carbonització es duu a terme en un entorn nitrogenat entre 1000 i 1500 graus. Segons diversos tecnòlegs, el nivell òptim de calefacció és de 1200 a 1400 graus . La fibra d’alt mòdul s’haurà d’escalfar fins a uns 2500 graus. En la fase preliminar, 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 augmenti la temperatura, més gran serà l’estructura del tipus cíclic . Després de finalitzar el tractament tèrmic segons la tecnologia, la disposició de molècules o fragments aromàtics és tal que els eixos principals seran paral·lels a l’eix de la fibra. La tensió evita que caigui el grau d’orientació. Les característiques específiques de la descomposició de PAN durant el tractament tèrmic estan determinades per la concentració de monòmers empeltats. Cada tipus d’aquestes fibres determina les condicions inicials de processament.

Cal mantenir el pas de petroli cristal·lí líquid a temperatures de 350 a 400 graus durant molt de temps. Aquest mode conduirà a la condensació de molècules policícliques. La seva massa augmenta i es produeix unió gradual (amb la formació d’esferulites). Si l’escalfament no s’atura, les esferulites creixen, augmenta el pes molecular i el resultat és la formació d’una fase cristal·lina líquida contínua . Els cristalls són ocasionalment solubles en quinolina, però generalment no es dissolen tant en ella com en piridina (això depèn dels matisos de la tecnologia).

Les fibres obtingudes a partir del pas dels cristalls líquids amb un 55-65% de cristalls líquids flueixen plàsticament. La filatura es duu a terme entre 350 i 400 graus. Una estructura altament orientada es forma per escalfament inicial en una atmosfera d’aire entre 200 i 350 graus i posterior manteniment en una atmosfera inert. Les fibres de la marca Thornel P-55 s’han d’escalfar fins a 2000 graus, com més alt sigui el mòdul d’elasticitat, més alta hauria de ser la temperatura.

Recentment, els treballs científics i d’enginyeria presten cada vegada més atenció a la tecnologia que utilitza la hidrogenació. La producció inicial de fibres s’aconsegueix sovint hidrogenant una barreja de pas de quitrà de carbó i goma naftàlica. En aquest cas, la tetrahidroquinolina hauria d’estar present . La temperatura de processament és de 380 a 500 graus. Els sòlids es poden eliminar mitjançant filtració i centrifugació; llavors els tons s’engreixen 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.

Revisió del mercat

Els següents fabricants de fibra de carboni són líders en el mercat mundial:

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

Avui dia es produeix carboni a Rússia:

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

Productes i aplicacions

La fibra de carboni s’utilitza per fer reforços compostos. També és habitual utilitzar-lo per obtenir:

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

Ara és una innovació força seriosa terra càlid d'infrarojos . En aquest cas, el material s’utilitza com a substitut del fil 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 la modelització de tècniques complexes solen utilitzar tubs de carboni obtinguts per bobinatge. Aquests productes també són demandats pels fabricants de cotxes i altres equips. La fibra de carboni s’utilitza sovint per als frens de mà, per exemple. A més, basat en aquest material, obteniu:

• peces per a models d'avions;
• caputxes d'una sola peça;
• bicicletes;
• peces per a l’ajust 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 … Es necessiten mànigues basades en aquest material per obtenir canonades i tubs de secció variable, productes en espiral de diversos perfils. També s’utilitzen per a la producció i reparació de pals de golf. També val la pena assenyalar-ne l’ús. en la producció de fundes especialment resistents per a telèfons intel·ligents i altres aparells . Aquests productes solen tenir un caràcter premium i tenen millors qualitats decoratives.

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

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

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 varetes o barres de carboni són resistents, lleugeres i de llarga durada. Aquest material és necessari per a:

• aviació;
• la indústria dels coets;
• alliberament 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 utilitzar-la en escalfadors i coixinets de calefacció. Aquests escalfadors:

• econòmic;
• fiable;
• es distingeixen per una eficiència impressionant;
• no escampeu radiacions perilloses;
• relativament compacte;
• perfectament automatitzat;
• operat sense problemes innecessaris;
• no escampeu sorolls aliens.

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

• suports per a gresols;
• peces còniques per a forns de fusió al buit;
• parts 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 aquest material durant molt de temps no només per a reforços externs. També cal reforçar cases de pedra i piscines. La capa de reforç enganxada restaura les qualitats dels suports i les bigues dels ponts. També s’utilitza per crear fosses sèptiques i emmarcar embassaments naturals i artificials quan es treballa amb un caixó i un sitja.

També podeu reparar nanses d’eines, arreglar canonades, arreglar potes de mobles, mànegues, nanses, caixes d’equips, ampit de finestres i finestres de PVC.