סיבי פחמן: טכנולוגיית ייצור סיבי פחמן ברוסיה, מרק וחימום תת רצפתי עם סיבי פחמן, צפיפות ומאפיינים של סיבי פחמן

2024 מְחַבֵּר: Beatrice Philips | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-09 13:21

לדעת הכל על סיבי פחמן חשוב מאוד לכל אדם מודרני. בהבנת הטכנולוגיה של ייצור הפחמן ברוסיה, הצפיפות ומאפיינים אחרים של סיבי פחמן, יהיה קל יותר להבין את היקף היישום שלה ולבצע את הבחירה הנכונה. בנוסף, כדאי לברר הכל אודות מרק וחימום תת רצפתי עם סיבי פחמן, על יצרנים זרים של מוצר זה ועל תחומי יישום שונים.

מוזרויות

השמות סיבי פחמן וסיבי פחמן, ובמספר מקורות גם סיבי פחמן, נפוצים מאוד. אבל הרעיון של המאפיינים האמיתיים של חומרים אלה ואפשרויות השימוש בהם שונה למדי עבור אנשים רבים. מבחינה טכנית, חומר זה מורכב מחוטים עם חתך רוחב של לא פחות מ -5 ולא יותר מ -15 מיקרון … כמעט כל הרכב מורכב מאטומי פחמן - ומכאן השם. אטומים אלה עצמם מקובצים לקריסטלים חדים היוצרים קווים מקבילים.

עיצוב זה מספק חוזק מתיחה גבוה מאוד. סיבי פחמן אינם המצאה חדשה לגמרי . הדגימות הראשונות של חומר דומה התקבלו ושימשו את אדיסון. מאוחר יותר, באמצע המאה העשרים, סיבי פחמן חוו רנסנס - ומאז השימוש בו גדל בהתמדה.

סיבי פחמן עשויים כיום מחומרי גלם שונים למדי - ולכן תכונותיו יכולות להשתנות מאוד.

הרכב ותכונות פיזיות

החשוב מבין המאפיינים של סיבי פחמן נשאר שלו עמידות בחום יוצאת דופן … גם אם החומר מחומם עד 1600 - 2000 מעלות, הרי שבהיעדר חמצן בסביבה הפרמטרים שלו לא ישתנו. הצפיפות של חומר זה, יחד עם הרגיל, היא גם לינארית (נמדדת בטקס שנקרא). עם צפיפות לינארית של 600 tex, המסה של קילומטר אחד של רשת תהיה 600 גרם. במקרים רבים, המודול האלסטי של החומר, או, כמו שאומרים, המודול של יאנג, הוא גם חשוב קריטית.

עבור סיבים בעלי חוזק גבוה, נתון זה נע בין 200 ל -250 GPa. סיבי פחמן מודולוסיים המבוססים על PAN יש מודול אלסטי של כ 400 GPa. עבור פתרונות גביש נוזלי, פרמטר זה יכול להשתנות בין 400 ל 700 GPa. המודול האלסטי מחושב על סמך אומדן ערכו כאשר גבישי גרפיט בודדים נמתחים. הכיוון של המטוסים האטומיים נקבע באמצעות ניתוח עקיפה של רנטגן.

מתח המשטח המוגדר כברירת מחדל הוא 0.86 N / m. בעת עיבוד החומר להשגת סיב מורכב ממתכת, נתון זה עולה ל -1.0 N / m . המדידה בשיטת העלייה הנימית עוזרת לקבוע את הפרמטר המתאים. טמפרטורת ההיתוך של סיבים המבוססים על מגרשי נפט היא 200 מעלות. הספינינג מתרחש בכ -250 מעלות; נקודת ההיתוך של סוגים אחרים של סיבים תלויה ישירות בהרכבם.

הרוחב המרבי של מטליות פחמן תלוי בדרישות טכנולוגיות וניואנסים. עבור יצרנים רבים, הוא 100 או 125 ס מ. באשר לחוזק הציר, הוא יהיה שווה ל:

• למוצרים בעלי חוזק גבוה המבוססים על PAN מ- 3000 עד 3500 MPa;
• לסיבים בעלי התארכות משמעותית, 4500 מגה פיקסל למהדרין;
• לחומר בעל מודולוס גבוה מ 2000 עד 4500 MPa.

חישובים תיאורטיים של יציבות קריסטל תחת כוח מתיחה כלפי המישור האטומי של הסריג נותנים ערך מוערך של 180 GPa. הגבול המעשי הצפוי הוא 100 GPa. עם זאת, ניסויים עדיין לא אישרו קיומה של רמה של יותר מ -20 GPa.כוחם האמיתי של סיבי פחמן מוגבל על ידי הפגמים המכניים שלו וניואנסים של תהליך הייצור. חוזק מתיחה של קטע באורך של 1/10 מ מ שנקבע בלימודים מעשיים יהיה בין 9 ל -10 GPa.

סיב הפחמן T30 ראוי לתשומת לב מיוחדת . חומר זה משמש בעיקר בייצור מוטות. פתרון זה מובחן בקלילות ובאיזון מעולה. מדד T30 מציין מודול גמישות של 30 טון.

תהליכי ייצור מורכבים יותר מאפשרים לך להשיג מוצר ברמת T35 וכן הלאה.

טכנולוגיית ייצור

סיבי פחמן יכולים להיות עשויים ממגוון רחב של סוגי פולימרים. מצב העיבוד קובע שני סוגים עיקריים של חומרים כאלה - סוגים מוגזים וגרפיטיים. קיימת הבחנה חשובה בין סיבים המופקים מ- PAN לבין סוגי המגרשים השונים. סיבי פחמן איכותיים, חוזק גבוה ומודול גבוה, יכולים להיות בעלי רמות שונות של קשיות ומודול . נהוג להפנות אותם למותגים שונים.

סיבים מיוצרים בפורמט נימה או צרור. הם נוצרים מ -1000 עד 10000 נימים רציפים. ניתן לייצר בדים מסיבים אלה, כמו גררים (במקרה זה מספר החוטים גדול עוד יותר). חומר הגלם ההתחלתי הוא לא רק סיבים פשוטים, אלא גם משחקי קריסטל נוזלי, כמו גם פוליאקרילוניטריל. תהליך הייצור מרמז תחילה על ייצור הסיבים המקוריים, ולאחר מכן הם מחוממים באוויר על 200 - 300 מעלות.

במקרה של PAN, תהליך זה נקרא טיפול מקדים או שיפור עמידות באש. לאחר הליך כזה, המגרש מקבל תכונה כה חשובה כמו חוסר חסינות. הסיבים מתחמצנים חלקית. אופן החימום הנוסף קובע אם הם יהיו שייכים לקבוצה המוגבלת או הגרפית . סיום העבודה מרמז על מתן פני השטח לתכונות הדרושות, ולאחר מכן הוא סיים או מידות.

חמצון באוויר מגביר את עמידות האש לא רק כתוצאה מחמצון. התרומה ניתנת לא רק על ידי התייבשות חלקית, אלא גם על ידי קישור בין -מולקולרי ותהליכים אחרים. בנוסף, רגישות החומר להמסה והתניידות של אטומי פחמן מצטמצמת. פחמן (בשלב הטמפרטורה הגבוהה) מלווה בגזים ובבריחה של כל האטומים הזרים.

סיבי PAN המחוממים ל 200 - 300 מעלות בנוכחות אוויר הופכים לשחורים.

הקרבוניזציה הבאה שלהם מתבצעת בסביבת חנקן בטווח של 1000 - 1500 מעלות. רמת החימום האופטימלית, על פי מספר טכנולוגים, היא 1200 - 1400 מעלות . יש לחמם סיבים עם מודולוס גבוה לכ- 2500 מעלות. בשלב המקדים, PAN מקבלת מבנה מיקרו סולם. עיבוי ברמה תוך -מולקולרית, מלווה בהופעת חומר ארומטי פוליציקליים, "אחראי" להתרחשותו.

ככל שהטמפרטורה עולה יותר, המבנה של הסוג המחזורי יהיה גדול יותר . לאחר סיום הטיפול בחום על פי הטכנולוגיה, סידור המולקולות או השברים הארומטיים הוא כזה שהצירים העיקריים יהיו מקבילים לציר הסיבים. המתח מונע מנפילת מידת ההתמצאות. המאפיינים הספציפיים של פירוק PAN במהלך טיפול בחום נקבעים על ידי ריכוז המונומרים המושתלים. כל סוג של סיבים כאלה קובע את תנאי העיבוד הראשוני.

יש לשמור על מגרש הנפט הגבישי הנוזלי בטמפרטורות שבין 350 ל- 400 מעלות למשך זמן רב. מצב זה יוביל להתעבות של מולקולות פוליציקליות. המסה שלהם עולה, והיצמדות הדרגתית מתרחשת בהדרגה (עם היווצרות של כדוריות). אם החימום לא מפסיק, הכדורים גדלים, המשקל המולקולרי עולה והתוצאה היא היווצרות של שלב גבישי נוזלי רציף . גבישים מסיסים מדי פעם בקינולין, אך בדרך כלל הם אינם מתמוססים הן בו והן בפירידין (הדבר תלוי בניואנסים של הטכנולוגיה).

סיבים המתקבלים ממגרש גביש נוזלי עם 55 - 65% גבישים נוזליים זורמים באופן פלסטי.הספינינג מתבצע ב 350 - 400 מעלות. מבנה בעל אוריינטציה גבוהה נוצר על ידי חימום ראשוני באטמוספירת אוויר ב 200 - 350 מעלות ולאחר מכן החזקה באטמוספירה אינרטית. יש לחמם סיבים של המותג Thornel P-55 עד 2000 מעלות, ככל שמודול הגמישות גבוה יותר, כך הטמפרטורה צריכה להיות גבוהה יותר.

לאחרונה, עבודות מדעיות והנדסיות מקדישות יותר ויותר תשומת לב לטכנולוגיה באמצעות הידרוגנציה. הייצור הראשוני של סיבים מתבצע לעתים קרובות על ידי מימן תערובת של זפת פחם וחניכיים נפתליות. במקרה זה, tetrahydroquinoline צריך להיות נוכח . טמפרטורת העיבוד היא 380 - 500 מעלות. ניתן להסיר מוצקים על ידי סינון וצנטריפוגה; ואז המגרשים מעובים בטמפרטורה מוגברת. לצורך ייצור פחמן יש צורך להשתמש (בהתאם לטכנולוגיה) בציוד די מגוון:

• שכבות המפיצות ואקום;
• משאבות;
• רתמות איטום;
• שולחנות עבודה;
• מלכודות;
• רשת מוליכה;
• סרטי ואקום;
• prepregs;
• אוטוקלאבים.

סקירת שוק

יצרני סיבי הפחמן הבאים מובילים בשוק העולמי:

• Thornell, Fortafil ו- Celion (ארצות הברית);
• גרפיל ומודמור (אנגליה);
• קורחה-לונה וטורייקה (יפן);
• תעשיות Cytec;
• הקססל;
• קבוצת SGL;
• תעשיות טוראי;
• זולטק;
• מיצובישי ראיון.

כיום מיוצר פחמן ברוסיה:

• מפעל בצ'ליאבינסק מפחמן וחומרים מרוכבים;
• ייצור פחמן Balakovo;
• NPK Khimprominzhiniring;
• מפעל סראטוב "START".

מוצרים ויישומים

סיבי פחמן משמשים לייצור חיזוק מרוכב. זה גם נפוץ להשתמש בו כדי לקבל:

• בדים דו כיווניים;
• בדים מעוצבים;
• רקמה דו -קסיאלית ורביעית;
• בד שאינו ארוג;
• קלטת חד כיוונית;
• prepregs;
• חיזוק חיצוני;
• סִיב;
• רתמות.

חידוש די רציני עכשיו רצפה חמה אינפרא אדומה . במקרה זה, החומר משמש כתחליף לחוט המתכת המסורתי. הוא יכול לייצר פי 3 יותר חום, בנוסף, צריכת האנרגיה מופחתת בכ -50%. חובבי דוגמנות טכניקות מורכבות משתמשים לרוב בצינורות פחמן המתקבלים על ידי סלילה. מוצרים אלה מבוקשים גם על ידי יצרני מכוניות וציוד אחר. סיבי פחמן משמשים לעתים קרובות לבלמי יד, למשל. כמו כן, על סמך חומר זה, קבל:

• חלקים לדגמי מטוסים;
• מנדפים מחתיכה אחת;
• אופניים;
• חלקי כוונון מכוניות ואופנועים.

לוחות בד פחמן נוקשים יותר מ -18% מאלומיניום ו -14% יותר מפלדה מבנית … יש צורך בשרוולים המבוססים על חומר זה בכדי להשיג צינורות וצינורות בעלי חתך משתנה, ספיראלי של פרופילים שונים. הם משמשים גם לייצור ותיקון של מועדוני גולף. ראוי גם לציין את השימוש בו. בייצור מארזים עמידים במיוחד לסמארטפונים ולגאדג'טים אחרים . מוצרים כאלה הם בדרך כלל בעלי אופי פרימיום ובעלי איכויות דקורטיביות משופרות.

באשר לאבקה המפוזרת מסוג גרפיט, יש צורך בה:

• בעת קבלת ציפויים מוליכים חשמלית;
• בעת שחרור דבק מסוגים שונים;
• בעת חיזוק תבניות וכמה חלקים אחרים.

מרק סיבי פחמן עדיף על מרק מסורתי במספר דרכים. שילוב זה מוערך על ידי מומחים רבים בשל הפלסטיות וחוזקו המכני. הרכב מתאים לכיסוי פגמים עמוקים. מוטות או מוטות פחמן חזקים, קלים ועמידים לאורך זמן. חומר כזה נחוץ עבור:

• תְעוּפָה;
• תעשיית הרקטות;
• שחרור ציוד ספורט.

על ידי פירוליזה של מלחי חומצה קרבוקסילית ניתן להשיג קטונים ואלדהידים. התכונות התרמיות המעולות של סיבי הפחמן מאפשרות להשתמש בו בתנורי חימום וכריות חימום. תנורי חימום כאלה:

• חסכוני;
• אָמִין;
• נבדלים ביעילות מרשימה;
• אין להפיץ קרינה מסוכנת;
• יחסית קומפקטי;
• אוטומטי לחלוטין;
• מופעל ללא בעיות מיותרות;
• אין להפיץ רעש זר.

חומרים מרוכבים פחמן משמשים בייצור של:

• תמיכות לכור היתוך;
• חלקים מחודדים לתנורי וואקום;
• חלקים צינוריים עבורם.

תחומי יישום נוספים כוללים:

• סכינים תוצרת בית;
• שימוש לשסתום עלי כותרת על מנועים;
• שימוש בבנייה.

בונים מודרניים השתמשו זה מכבר בחומר זה לא רק לחיזוק חיצוני. הוא נחוץ גם לחיזוק בתי אבן ובריכות שחייה. שכבת החיזוק המודבק מחזירה את האיכויות של תומכים וקורות בגשרים. הוא משמש גם ביצירת מיכלי ספיגה ובמסגרת מאגרים טבעיים ומלאכותיים, כאשר עובדים עם קייסון ובור סילו.

ניתן גם לתקן ידיות כלים, לתקן צינורות, לתקן רגלי רהיטים, צינורות, ידיות, מארזי ציוד, אדני חלונות וחלונות PVC.