Hiilikuitu: ominaisuudet, valokuva, saaminen, käyttö

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Kehittyneet teollisuudenalat ja rakentaminen ovat viime aikoina omaksuneet monia täysin uusia teknologioita, joista suurin osa liittyy innovatiivisiin materiaaleihin. Tavallinen käyttäjä voisi huomata tämän prosessin ilmentymisen rakennusmateriaalien esimerkissä komposiittien sisällyttämisellä. Myös autoteollisuudessa otetaan käyttöön hiilielementtejä, jotka lisäävät urheiluautojen suorituskykyä. Ja tämä ei ole kaikki alueet, joilla hiilikuitua käytetään. Tämän komponentin perustana ovat hiilikuidut, joista kuva on esitetty alla. Itse asiassa uuden sukupolven komposiittien ainutlaatuisuus ja aktiivinen jakelu piilee ylittämättömissä teknisissä ja fyysisissä ominaisuuksissa.

Tuotantotekniikka

Materiaalin valmistuksessa käytetään raaka-aineita orgaanista alkuperää olevien luonnon- tai kemiallisten kuitujen muodossa. Lisäksi alkuperäisestä työkappaleesta jää jäljelle erikoiskäsittelyn seurauksena vain hiiliatomeja. Pääasiallinen vaikutusvoima on lämpötila. Teknologinen prosessi sisältää useiden lämpökäsittelyvaiheiden toteuttamisen. Ensimmäisessä vaiheessa primäärirakenne hapetetaan lämpötilaolosuhteissa 250 °C asti. SeuraavassaVaiheessa hiilikuitujen tuotanto siirtyy hiiletysprosessiin, jonka seurauksena materiaalia kuumennetaan typpiympäristössä korkeissa lämpötiloissa aina 1500 °C asti. Näin muodostuu grafiittimainen rakenne. Koko valmistusprosessi saatetaan päätökseen lopullisella käsittelyllä grafitoinnin muodossa 3000 °C:ssa. Tässä vaiheessa kuitujen puhtaan hiilen pitoisuus saavuttaa 99%.

Missä hiilikuitua käytetään?

Jos ensimmäisinä popularisoinnin vuosina materiaalia käytettiin yksinomaan erittäin erikoistuneilla alueilla, nykyään tuotantoa on laajennettu, jossa tätä kemiallista kuitua käytetään. Materiaali on melko muovista ja käyttömahdollisuuksiensa suhteen heterogeenista. Suurella todennäköisyydellä tällaisten kuitujen valikoima laajenee, mutta nykyään markkinoiden perusmateriaalien esittelytyypit ovat muotoutuneet. Erityisesti voidaan mainita rakennusteollisuus, lääketiede, sähkötekniikan, kodinkoneiden jne. valmistus. Erikoisalueilla hiilikuitujen käyttö on edelleen ajankohtainen lentokonelaitteiden, lääketieteellisten elektrodien ja tutkaa vaimentavien materiaalien valmistajille.

Tuotantomuodot

Ensinnäkin nämä ovat lämmönkestäviä tekstiilituotteita, joista voidaan erottaa kankaat, langat, neuleet, huopa jne. Teknologisempi suunta on komposiittien valmistus. Ehkä tämä on laajin segmentti, jossa hiilikuitu on edustettuna sarjatuotannon tuotteiden perustana.tuotantoa. Erityisesti nämä ovat laakereita, lämmönkestäviä yksiköitä, osia ja erilaisia elementtejä, jotka toimivat aggressiivisissa ympäristöissä. Enimmäkseen komposiitit keskittyvät automarkkinoille, mutta rakennusteollisuus on myös melko valmis harkitsemaan uusia ehdotuksia tämän kemiallisen kuidun valmistajilta.

Materiaalin ominaisuudet

Materiaalin valmistustekniikan erityispiirteet jättivät jälkensä kuitujen suorituskykyyn. Tämän seurauksena korkeasta lämpöstabiilisuudesta on tullut tällaisten tuotteiden rakenteen tärkein erottuva piirre. Lämpövaikutusten lisäksi materiaali kestää myös kemiallisesti aggressiivisia ympäristöjä. Totta, jos happea on läsnä hapetusprosessin aikana kuumennettaessa, sillä on haitallinen vaikutus kuituihin. Mutta hiilikuidun mekaaninen lujuus voi kilpailla monien perinteisten materiaalien kanssa, joita pidetään kovina ja kestävinä vaurioita. Tämä laatu näkyy erityisesti hiilituotteissa. Toinen ominaisuus, joka on kysytty eri tuotteiden tekniikkojen keskuudessa, on kyky imeytyä. Aktiivisen pinnan ansiosta tätä kuitua voidaan pitää tehokkaana katalyyttijärjestelmänä.

Tuottajat

Segmentin johtajia ovat amerikkalaiset, japanilaiset ja saksalaiset yritykset. Tämän alueen venäläiset teknologiat eivät ole käytännössä kehittyneet viime vuosina, ja ne perustuvat edelleen Neuvostoliiton aikaiseen kehitykseen. Tähän mennessä puoletMaailmassa tuotetuista kuiduista vastaavat japanilaiset yritykset Mitsubishi, Kureha, Teijin ym., toinen osa jakautuu saksalaisten ja amerikkalaisten kesken. Esimerkiksi Yhdysv altojen puolella on Cytec, ja Saksassa hiilikuitua tuottaa SGL. Ei niin kauan sitten taiwanilainen yritys Formosa Plastics tuli tämän alan johtajien luetteloon. Kotimaisen tuotannon os alta komposiittien kehittämiseen osallistuu vain kaksi yritystä - Argon ja Khimvolokno. Samaan aikaan valkovenäläiset ja ukrainalaiset yrittäjät ovat saavuttaneet merkittäviä saavutuksia viime vuosina hallitsemalla uusia markkinarakoja hiilikuidun kaupalliseen käyttöön.

Hiilikuitujen tulevaisuus

Koska jotkin CFRP-tyypit mahdollistavat pian sellaisten tuotteiden tuotannon, jotka voivat säilyttää alkuperäisen rakenteensa miljoonia vuosia, monet asiantuntijat ennustavat tällaisten tuotteiden ylituotantoa. Tästä huolimatta kiinnostuneet yritykset kilpailevat edelleen teknisten päivitysten parissa. Ja tämä on suurelta osin perusteltua, koska hiilikuitujen ominaisuudet ovat suuruusluokkaa parempia kuin perinteisten materiaalien. Riittää, kun muistat lujuuden ja lämmönkestävyyden. Näiden etujen perusteella kehittäjät tutkivat uusia kehitysalueita. Materiaalin käyttöönotto kattaa todennäköisesti erikoisalueiden lisäksi myös alueita, jotka ovat lähellä massakuluttajaa. Esimerkiksi tavalliset muovi-, alumiini- ja puuelementit voidaan korvata hiilikuidulla, mikä ylittää tavanomaiset materiaalit useissa suoritusominaisuuksissa.

Johtopäätös

Monet tekijät estävät innovatiivisten tekokuitujen laajan käyttöönoton. Yksi merkittävimmistä on korkea hinta. Koska hiilikuitu vaatii valmistuksessa korkean teknologian laitteiden käyttöä, kaikilla yrityksillä ei ole varaa hankkia niitä. Mutta tämä ei ole tärkein asia. Tosiasia on, että kaikki valmistajat eivät ole kiinnostuneita tällaisista radikaaleista muutoksista tuotteiden laadussa. Joten vaikka valmistaja lisää yhden infrastruktuurin elementin kestävyyttä, se ei voi aina suorittaa samanlaista päivitystä viereisille komponenteille. Tuloksena on epätasapaino, joka mitätöi kaikki uusien teknologioiden saavutukset.