Semua tentang serat karbon

Mengetahui segala sesuatu tentang serat karbon sangat penting bagi setiap orang modern. Memahami teknologi produksi karbon di Rusia, kepadatan dan karakteristik lain dari kain karbon, akan lebih mudah untuk memahami ruang lingkup penerapannya dan membuat pilihan yang tepat. Selain itu, Anda harus mengetahui segala sesuatu tentang dempul dan pemanas di bawah lantai dengan serat karbon, tentang produsen asing produk ini dan tentang berbagai aplikasi.

Nama serat karbon dan karbon, dan di sejumlah sumber juga serat karbon sangat umum. Tetapi gagasan tentang karakteristik sebenarnya dari bahan-bahan ini dan kemungkinan penggunaannya bagi banyak orang sangat berbeda. Dari segi teknis, bahan ini dirakit dari benang dengan penampang minimal 5 dan tidak lebih dari 15 mikron. Hampir seluruh komposisi dicatat oleh atom karbon - maka namanya. Atom-atom ini sendiri dikelompokkan menjadi kristal bening yang membentuk garis sejajar.

Desain ini memberikan ketahanan yang sangat tinggi terhadap gaya tarik. Serat karbon bukanlah penemuan yang benar-benar baru. Edison menerima dan menggunakan sampel pertama dari bahan serupa.Kemudian, di pertengahan abad ke-20, serat karbon mengalami kebangkitan - dan sejak itu penggunaannya terus meningkat.

Karakteristik yang paling penting dari serat karbon adalah ketahanan panas yang luar biasa. Sekalipun zat tersebut dipanaskan hingga 1600 - 2000 derajat, maka tanpa adanya oksigen di lingkungan, parameternya tidak akan berubah. Kepadatan bahan ini, bersama dengan yang biasa, juga dapat linier (diukur dalam apa yang disebut tex). Dengan kerapatan linier 600 tex, massa 1 km kain akan menjadi 600 g Dalam banyak kasus, modulus elastisitas bahan, atau, seperti yang mereka katakan, modulus Young, sangat penting dalam banyak kasus.

Untuk serat berkekuatan tinggi, indikator ini berkisar antara 200 hingga 250 GPa. Serat karbon modulus tinggi berbahan PAN memiliki modulus elastisitas kurang lebih 400 GPa. Untuk larutan kristal cair, parameter ini dapat bervariasi dari 400 hingga 700 GPa. Modulus elastisitas dihitung berdasarkan evaluasi nilainya ketika meregangkan kristal grafit individu. Orientasi bidang atom ditetapkan dengan menggunakan analisis difraksi sinar-X.

Tegangan permukaan default adalah 0,86 N/m. Saat memproses bahan untuk mendapatkan serat komposit logam, indikator ini naik menjadi 1,0 N/m. Pengukuran dengan metode kenaikan kapiler membantu menentukan parameter yang sesuai. Suhu leleh serat berdasarkan pitches minyak bumi adalah 200 derajat. Berputar terjadi pada sekitar 250 derajat; titik leleh jenis serat lain secara langsung tergantung pada komposisinya.

Lebar maksimum jaring karbon tergantung pada persyaratan dan nuansa teknologi. Bagi banyak produsen, itu adalah 100 atau 125 cm. Adapun kekuatan aksial, itu akan sama dengan:

• untuk produk berkekuatan tinggi berdasarkan PAN dari 3000 hingga 3500 MPa;
• untuk serat dengan perpanjangan signifikan 4500 MPa;
• untuk bahan modulus tinggi dari 2000 hingga 4500 MPa.

Perhitungan teoritis stabilitas kristal di bawah gaya tarik terhadap bidang atom kisi memberikan nilai perkiraan 180 GPa. Batas praktis yang diharapkan adalah 100 IPK. Namun, percobaan belum mengkonfirmasi keberadaan level di atas 20 IPK. Kekuatan sebenarnya dari serat karbon dibatasi oleh cacat mekanisnya dan nuansa proses pembuatannya. Kekuatan tarik bagian dengan panjang 1/10 mm, yang ditetapkan dalam studi praktis, akan berkisar antara 9 hingga 10 GPa.

Serat karbon T30 patut mendapat perhatian khusus. Bahan ini terutama digunakan dalam pembuatan batang. Solusi ini ringan dan keseimbangan yang sangat baik. Indeks T30 menunjukkan modulus elastisitas 30 ton.

Serat karbon dapat diperoleh dari berbagai jenis polimer. Mode pemrosesan mendefinisikan dua varietas utama bahan tersebut - jenis karbonisasi dan grafit. Ada perbedaan penting antara serat yang diperoleh dari PAN dan dari berbagai jenis pitch. Serat karbon berkualitas, baik kategori kekuatan tinggi maupun modulus tinggi, dapat memiliki tingkat kekerasan dan modulus elastisitas yang berbeda. Merupakan kebiasaan untuk menghubungkannya dengan merek yang berbeda.

Serat dibuat dalam format utas atau bundel.Mereka terbentuk dari 1000 hingga 10.000 serat dasar kontinu. Kain dari serat ini juga dapat dikembangkan, seperti bundel (dalam hal ini, jumlah serat dasar bahkan lebih besar). Bahan bakunya adalah serat tidak hanya sederhana, tetapi juga pitch kristal cair, serta poliakrilonitril. Proses produksi melibatkan pertama memproduksi serat asli, dan kemudian mereka dipanaskan di udara pada 200 - 300 derajat.

Dalam kasus PAN, proses ini disebut pre-treatment atau fire retardation. Peck setelah prosedur seperti itu menerima properti penting seperti infusibility. Sebagian serat teroksidasi. Mode pemanasan lebih lanjut menentukan apakah mereka akan termasuk dalam kelompok karbonisasi atau grafit. Penyelesaian pekerjaan menyiratkan memberikan permukaan properti yang diperlukan, setelah itu berpakaian atau berpakaian.

Oksidasi di atmosfer udara meningkatkan ketahanan api tidak hanya sebagai akibat dari oksidasi. Tidak hanya dehidrogenasi parsial, tetapi juga ikatan silang antarmolekul dan proses lainnya berkontribusi. Selain itu, kerentanan material terhadap pelelehan dan penguapan atom karbon berkurang. Karbonisasi (dalam fase suhu tinggi) disertai dengan gasifikasi dan penghilangan semua atom asing.

Karbonisasi selanjutnya dilakukan di lingkungan nitrogen pada 1000 - 1500 derajat. Tingkat pemanasan optimal, menurut sejumlah ahli teknologi, adalah 1200 - 1400 derajat. Serat modulus tinggi harus dipanaskan hingga sekitar 2500 derajat. Pada tahap awal, PAN memperoleh struktur mikro tangga.Kondensasi pada tingkat intramolekul "bertanggung jawab" atas kemunculannya, disertai dengan munculnya zat aromatik polisiklik.

Semakin banyak suhu naik, semakin besar struktur tipe sikliknya. Setelah akhir perlakuan panas menurut teknologi, penempatan molekul atau fragmen aromatik sedemikian rupa sehingga sumbu utama akan sejajar dengan sumbu serat. Ketegangan menghindari penurunan derajat orientasi. Fitur dekomposisi PAN selama perlakuan panas ditentukan oleh konsentrasi monomer yang dicangkokkan. Setiap jenis serat tersebut menentukan kondisi pemrosesan awal.

Pitch petroleum kristal cair perlu disimpan pada suhu 350 hingga 400 derajat untuk waktu yang lama. Rezim seperti itu akan mengarah pada kondensasi molekul polisiklik. Massa mereka meningkat, dan pelekatan secara bertahap terjadi (dengan pembentukan spherulit). Jika pemanasan tidak dihentikan, spherulit tumbuh, berat molekul meningkat, dan hasilnya adalah pembentukan fase kristal cair yang tidak terpisahkan. Kristal kadang-kadang larut dalam kuinolin, tetapi biasanya mereka tidak larut dalam kuinolin dan piridin (ini tergantung pada nuansa teknologi).

Serat diperoleh dari pitch kristal cair dengan 55 - 65% kristal cair mengalir secara plastis. Pemintalan dilakukan pada 350 - 400 derajat. Struktur yang sangat berorientasi dibentuk oleh pemanasan awal di atmosfer udara pada 200 - 350 derajat dan paparan selanjutnya ke atmosfer inert. Serat Thornel P-55 harus dipanaskan hingga 2000 derajat, semakin tinggi modulus elastisitasnya, semakin tinggi suhunya.

Baru-baru ini, karya ilmiah dan rekayasa semakin memperhatikan teknologi hidrogenasi.Produksi awal serat sering dilakukan dengan menghidrogenasi campuran pitch tar batubara dan resin naftalena. Dalam hal ini, tetrahydroquinoline harus ada. Suhu pemrosesan adalah 380 - 500 derajat. Kotoran padat dapat dihilangkan dengan penyaringan dan sentrifugasi; setelah itu, pitches menebal pada suhu tinggi. Untuk produksi karbon, perlu menggunakan (tergantung pada teknologinya) cukup banyak peralatan:

• lapisan mendistribusikan vakum;
• pompa;
• penyegelan harness;
• desktop;
• perangkap;
• jerat konduktif;
• film vakum;
• prepreg;
• autoklaf.

Produsen serat karbon terkemuka di pasar global adalah:

• Thornel, Fortafil dan Celion (Amerika Serikat);
• "Graphil" dan "Modmore" (Inggris);
• "Kureha-Lon" dan "Toreika" (Jepang);
• Industri Cytec;
• Hexcel;
• Grup SGL;
• Industri Toray;
• Zoltek;
• Mitsubishi Rayon.

Sampai saat ini, karbon diproduksi di Rusia:

• Pabrik Bahan Karbon dan Komposit Chelyabinsk;
• "Produksi Karbon Balakovo";
• NPK "Khimpromengineering";
• Perusahaan Saratov "SNV".

Serat karbon digunakan untuk membuat tulangan komposit. Itu juga umum digunakan untuk mendapatkan:

• kain dua arah;
• kain desainer;
• jaringan biaksial dan quadraksial;
• kain bukan tenunan;
• pita searah;
• prepreg;
• penguatan eksternal;
• serat;
• memanfaatkan.

Inovasi yang agak serius sekarang lantai hangat inframerah Dalam hal ini, bahan tersebut digunakan sebagai pengganti kawat logam tradisional. Ini dapat menghasilkan panas 3 kali lebih banyak, selain itu, konsumsi daya berkurang sekitar 50%.Penggemar teknologi pemodelan kompleks sering menggunakan pipa karbon yang diperoleh dengan belitan. Produk ini juga diminati oleh produsen mobil dan peralatan lainnya. Serat karbon sering digunakan, misalnya, untuk rem tangan. Juga atas dasar materi ini menerima:

• suku cadang untuk model pesawat;
• seluruh kerudung;
• sepeda;
• suku cadang untuk tuning mobil dan sepeda motor.

Panel serat karbon 18% lebih kaku dari aluminium dan 14% lebih besar dari baja struktural. Selongsong berdasarkan bahan ini diperlukan untuk mendapatkan pipa dan tabung dengan penampang variabel, produk spiral dari berbagai profil. Mereka juga digunakan untuk pembuatan dan perbaikan klub. Perlu juga disebutkan penggunaannya dalam produksi kasing yang tahan lama untuk ponsel cerdas dan gadget lainnya. Produk semacam itu biasanya memiliki karakter premium dan memiliki kualitas dekoratif yang meningkat.

Sedangkan untuk serbuk jenis grafit terdispersi diperlukan :

• setelah menerima lapisan konduktif listrik;
• saat pelepasan lem dari berbagai jenis;
• saat memperkuat cetakan dan beberapa detail lainnya.

Dempul serat karbon lebih baik daripada dempul tradisional dalam beberapa hal. Kombinasi semacam itu dihargai oleh banyak ahli untuk plastisitas, kekuatan mekanik. Komposisi ini cocok untuk menutupi cacat yang dalam. Batang atau batang karbon kuat, ringan dan tahan lama. Bahan tersebut diperlukan untuk:

• penerbangan;
• industri roket;
• produksi peralatan olahraga.

Dengan pirolisis garam asam karboksilat, keton dan aldehida dapat diperoleh. Kualitas termal yang sangat baik dari serat karbon memungkinkan untuk digunakan dalam pemanas dan bantalan pemanas listrik. Pemanas ini:

• ekonomis;
• dapat diandalkan;
• berbeda dalam efisiensi yang mengesankan;
• tidak menyebarkan radiasi berbahaya;
• relatif kompak;
• otomatis sempurna;
• dioperasikan tanpa masalah;
• tidak menyebarkan suara asing.

Komposit karbon-karbon digunakan dalam produksi:

• singkatan dari cawan lebur;
• bagian kerucut untuk tungku peleburan vakum;
• bagian tubular untuk mereka.

Area aplikasi tambahan meliputi:

• pisau buatan sendiri;
• gunakan untuk katup buluh pada mesin;
• gunakan dalam konstruksi.

Pembangun modern telah lama menggunakan bahan ini tidak hanya untuk penguatan eksternal. Juga diperlukan untuk memperkuat rumah batu dan kolam. Menempelkan lapisan penguat mengembalikan kualitas penyangga dan balok di jembatan. Ini juga digunakan untuk membuat septic tank dan membingkai reservoir buatan alami, saat bekerja dengan caisson dan lubang silo.

Di video berikutnya Anda akan menemukan informasi lebih lanjut tentang produksi serat karbon.