Въглеродни влакна: свойства, снимка, получаване, употреба

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Напредналите индустрии и строителството наскоро усвоиха много фундаментално нови технологии, повечето от които са свързани с иновативни материали. Обикновеният потребител може да забележи проявлението на този процес на примера на строителни материали с включване на композити. Също така в автомобилната индустрия се въвеждат въглеродни елементи, които повишават производителността на спортните автомобили. И това не са всички области, в които се използват въглеродни влакна. Основата за този компонент са въглеродни влакна, снимка на които е представена по-долу. Всъщност уникалността и активното разпространение на композитите от ново поколение се крият в ненадминатите технически и физически качества.

Производствена технология

За производството на материали се използват суровини под формата на естествени или химически влакна от органичен произход. Освен това, в резултат на специална обработка, от оригиналния детайл остават само въглеродни атоми. Основната въздействаща сила е температурата. Технологичният процес включва изпълнението на няколко етапа на топлинна обработка. На първия етап първичната структура се окислява при температурни условия до 250 °C. На следващияНа етапа производството на въглеродни влакна преминава в процедурата на карбонизация, в резултат на което материалът се нагрява в азотна среда при високи температури до 1500 °C. Така се образува структура, подобна на графит. Целият производствен процес завършва с окончателна обработка под формата на графитизация при 3000 °C. На този етап съдържанието на чист въглерод във влакната достига 99%.

Къде се използват въглеродни влакна?

Ако в първите години на популяризиране материалът е бил използван изключително във високоспециализирани области, днес има разширяване на производството, в което се използва това химическо влакно. Материалът е доста пластичен и разнороден по отношение на възможностите за експлоатация. С голяма вероятност обхватът на такива влакна ще се разшири, но днес са се оформили основните видове представяне на материали на пазара. По-специално можем да отбележим строителната индустрия, медицината, производството на електротехника, домакински уреди и др. Що се отнася до специализираните области, използването на въглеродни влакна все още е актуално за производителите на оборудване за самолети, медицински електроди и материали за поглъщане на радари.

Форми на производство

На първо място, това са термоустойчиви текстилни изделия, сред които можем да различим тъкани, конци, трикотаж, филц и др. По-технологично направление е производството на композити. Може би това е най-широкият сегмент, в който въглеродните влакна са представени като основа за продукти за серийно производство.производство. По-специално, това са лагери, термоустойчиви възли, части и различни елементи, които работят в агресивна среда. Предимно композитите са фокусирани върху автомобилния пазар, но строителната индустрия също е доста склонна да разгледа нови предложения от производителите на това химическо влакно.

Свойства на материалите

Спецификата на технологията за получаване на материала остави своя отпечатък върху производителността на влакната. В резултат на това високата термична стабилност се превърна в основна отличителна черта на структурата на такива продукти. В допълнение към термичните ефекти, материалът е устойчив и на химически агресивни среди. Вярно е, че ако по време на процеса на окисление присъства кислород при нагряване, това има пагубен ефект върху влакната. Но механичната якост на въглеродните влакна може да се конкурира с много традиционни материали, които се считат за твърди и устойчиви на повреди. Това качество е особено изразено при въглеродните продукти. Друго свойство, което се търси сред технолозите на различни продукти, е способността за усвояване. Поради активната повърхност, това влакно може да се счита за ефективна каталитична система.

Продуценти

Лидерите в сегмента са американски, японски и немски компании. Руските технологии в тази област практически не се развиват през последните години и все още се основават на разработките от съветската епоха. Към днешна дата половинатаПроизвежданите в света влакна се отчитат от японските компании Mitsubishi, Kureha, Teijin и др. Другата част е разделена между германците и американците. Например американската страна е Cytec, а в Германия въглеродните влакна се произвеждат от SGL. Не толкова отдавна тайванската компания Formosa Plastics влезе в списъка на лидерите в тази област. Що се отнася до местното производство, само две компании се занимават с разработването на композити - Argon и Khimvolokno. В същото време белоруските и украинските предприемачи постигнаха значителни постижения през последните години, овладявайки нови ниши за търговско използване на въглеродни влакна.

Бъдещето на въглеродните влакна

Тъй като някои видове CFRP скоро ще позволят производството на продукти, които могат да запазят първоначалната си структура в продължение на милиони години, много експерти прогнозират свръхпроизводство на такива продукти. Въпреки това заинтересованите компании продължават да се надпреварват за технологични подобрения. И това до голяма степен е оправдано, тъй като свойствата на въглеродните влакна са с порядък по-високи от тези на традиционните материали. Достатъчно е да запомните силата и устойчивостта на топлина. Въз основа на тези предимства разработчиците проучват нови области на развитие. Въвеждането на материала най-вероятно ще обхване не само специализирани области, но и области, близки до масовия потребител. Например, обикновените пластмасови, алуминиеви и дървени елементи могат да бъдат заменени с въглеродни влакна, които ще надминат конвенционалните материали по редица експлоатационни качества.

Заключение

Много фактори пречат на широкото разпространение на иновативни изкуствени влакна. Един от най-значимите е високата цена. Тъй като въглеродните влакна изискват използването на високотехнологично оборудване за производство, не всяка компания може да си позволи да го получи. Но това не е най-важното. Факт е, че не всички производители се интересуват от такива радикални промени в качеството на продуктите. Така че, като увеличава издръжливостта на един елемент от инфраструктурата, производителят не винаги може да извърши подобно надграждане на съседни компоненти. Резултатът е дисбаланс, който анулира всички постижения на новите технологии.