Ogljikova vlakna: lastnosti, fotografija, pridobivanje, uporaba

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Napredne industrije in gradbeništvo so pred kratkim obvladale številne bistveno nove tehnologije, od katerih je večina povezana z inovativnimi materiali. Navaden uporabnik bi lahko opazil manifestacijo tega procesa na primeru gradbenih materialov z vključitvijo kompozitov. Tudi v avtomobilski industriji se uvajajo ogljikovi elementi, ki povečujejo zmogljivost športnih avtomobilov. In to niso vsa področja, na katerih se uporabljajo ogljikova vlakna. Osnova te komponente so ogljikova vlakna, katerih fotografija je predstavljena spodaj. Pravzaprav je edinstvenost in aktivna distribucija kompozitov nove generacije v neprekosljivih tehničnih in fizičnih lastnostih.

Proizvodna tehnologija

Za proizvodnjo materiala se uporabljajo surovine v obliki naravnih ali kemičnih vlaken organskega izvora. Nadalje, kot rezultat posebne obdelave, od prvotnega obdelovanca ostanejo le ogljikovi atomi. Glavna vplivna sila je temperatura. Tehnološki proces vključuje izvedbo več stopenj toplotne obdelave. Na prvi stopnji se primarna struktura oksidira pri temperaturnih pogojih do 250 °C. Na naslednjiNa stopnji proizvodnja ogljikovih vlaken preide v postopek karbonizacije, zaradi česar se material segreje v dušikovem okolju pri visokih temperaturah do 1500 °C. Tako nastane grafitu podobna struktura. Celoten proizvodni proces se zaključi s končno obdelavo v obliki grafitizacije pri 3000 °C. Na tej stopnji vsebnost čistega ogljika v vlaknih doseže 99%.

Kje se uporabljajo ogljikova vlakna?

Če so v prvih letih popularizacije material uporabljali izključno na visoko specializiranih področjih, je danes prišlo do širitve proizvodnje, v kateri se uporablja to kemično vlakno. Material je precej plastičen in heterogen glede na možnosti izkoriščanja. Z veliko verjetnostjo se bo obseg tovrstnih vlaken razširil, danes pa so se oblikovale osnovne vrste predstavitve materiala na trgu. Še posebej lahko omenimo gradbeništvo, medicino, proizvodnjo elektrotehnike, gospodinjskih aparatov itd. Kar zadeva specializirana področja, je uporaba ogljikovih vlaken še vedno pomembna za proizvajalce letalske opreme, medicinskih elektrod in materialov, ki absorbirajo radar.

Oblike proizvodnje

Najprej gre za toplotno odporne tekstilne izdelke, med katerimi lahko ločimo tkanine, sukance, pletenine, filc itd. Bolj tehnološka usmeritev je izdelava kompozitov. Morda je to najširši segment, v katerem so ogljikova vlakna zastopana kot osnova za izdelke za serijsko proizvodnjo.proizvodnja. Zlasti so to ležaji, toplotno odporne enote, deli in različni elementi, ki delujejo v agresivnih okoljih. Večinoma so kompoziti osredotočeni na avtomobilski trg, vendar je tudi gradbena industrija precej pripravljena upoštevati nove predloge proizvajalcev tega kemičnega vlakna.

Lastnosti materiala

Specifičnosti tehnologije pridobivanja materiala so pustile pečat na zmogljivosti vlaken. Zaradi tega je visoka toplotna stabilnost postala glavna značilnost strukture takšnih izdelkov. Poleg toplotnih učinkov je material odporen tudi na kemično agresivna okolja. Res je, če je med oksidacijskim procesom pri segrevanju prisoten kisik, to škodljivo vpliva na vlakna. Toda mehanska trdnost ogljikovih vlaken lahko tekmuje s številnimi tradicionalnimi materiali, ki veljajo za trde in odporne na poškodbe. Ta kakovost je še posebej izrazita pri izdelkih iz ogljika. Druga lastnost, ki je povpraševana med tehnologi različnih izdelkov, je sposobnost absorpcije. Zaradi aktivne površine lahko to vlakno štejemo za učinkovit katalitični sistem.

Proizvajalci

V segmentu so vodilna ameriška, japonska in nemška podjetja. Ruske tehnologije na tem področju se v zadnjih letih praktično niso razvile in še vedno temeljijo na razvoju sovjetske dobe. Do danes polVlakna, proizvedena v svetu, predstavljajo japonska podjetja Mitsubishi, Kureha, Teijin in drugi, drugi del pa delijo Nemci in Američani. Na primer, ameriška stran je Cytec, v Nemčiji pa ogljikova vlakna proizvaja SGL. Ne tako dolgo nazaj se je na seznam vodilnih na tem področju uvrstilo tajvansko podjetje Formosa Plastics. Kar zadeva domačo proizvodnjo, se samo dve podjetji ukvarjata z razvojem kompozitov - Argon in Khimvolokno. Hkrati so beloruski in ukrajinski podjetniki v zadnjih letih dosegli pomembne dosežke, saj so osvojili nove niše za komercialno uporabo ogljikovih vlaken.

Prihodnost ogljikovih vlaken

Ker bodo nekatere vrste CFRP kmalu omogočile proizvodnjo izdelkov, ki lahko ohranijo svojo prvotno strukturo milijone let, mnogi strokovnjaki napovedujejo prekomerno proizvodnjo takšnih izdelkov. Kljub temu zainteresirana podjetja še naprej tekmujejo s tehnološkimi nadgradnjami. In to je v veliki meri upravičeno, saj so lastnosti ogljikovih vlaken za red večje od lastnosti tradicionalnih materialov. Dovolj je, da se spomnite trdnosti in toplotne odpornosti. Na podlagi teh prednosti razvijalci raziskujejo nova področja razvoja. Uvedba materiala bo najverjetneje zajela ne le specializirana področja, temveč tudi področja, ki so blizu množičnemu potrošniku. Na primer, navadne plastične, aluminijeve in lesene elemente je mogoče zamenjati z ogljikovimi vlakni, ki bodo po številnih lastnostih delovanja presegla običajne materiale.

Sklep

Številni dejavniki preprečujejo široko uporabo inovativnih umetnih vlaken. Eden najpomembnejših so visoki stroški. Ker ogljikova vlakna zahtevajo uporabo visokotehnološke opreme za proizvodnjo, si jih ne more privoščiti vsako podjetje. A to ni najpomembnejše. Dejstvo je, da vsi proizvajalci niso zainteresirani za tako korenite spremembe v kakovosti izdelkov. Proizvajalec torej ob povečanju trajnosti enega elementa infrastrukture ne more vedno izvesti podobne nadgradnje na sosednjih komponentah. Rezultat je neravnovesje, ki izniči vse dosežke novih tehnologij.