Serat Karbon: Teknologi Produksi Serat Karbon Di Rusia, Dempul Dan Pemanas Di Bawah Lantai Dengan Serat Karbon, Kepadatan Dan Karakteristik Serat Karbon

2024 Pengarang: Beatrice Philips | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-09 13:28

Mengetahui segala sesuatu tentang serat karbon sangat penting bagi setiap orang modern. Memahami teknologi produksi karbon di Rusia, kepadatan dan karakteristik serat karbon lainnya, 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 bidang aplikasi.

Keunikan

Nama serat karbon dan serat karbon, dan di sejumlah sumber juga serat karbon, sangat umum. Tetapi gagasan tentang karakteristik sebenarnya dari bahan-bahan ini dan kemungkinan penggunaannya sangat berbeda bagi banyak orang. Dari segi teknis, bahan ini dirakit dari benang dengan penampang tidak kurang dari 5 dan tidak lebih dari 15 mikron … Hampir semua komposisi terdiri dari atom karbon - itulah namanya. Atom-atom ini sendiri dikelompokkan menjadi kristal tajam yang membentuk garis paralel.

Desain ini memberikan kekuatan tarik yang sangat tinggi. Serat karbon bukanlah penemuan yang benar-benar baru . Sampel pertama dari bahan serupa diterima dan digunakan oleh Edison. Kemudian, di pertengahan abad kedua puluh, serat karbon mengalami kebangkitan - dan sejak itu penggunaannya terus meningkat.

Serat karbon sekarang dibuat dari bahan baku yang sangat berbeda - dan karena itu sifat-sifatnya dapat sangat bervariasi.

Komposisi dan sifat fisik

Yang paling penting dari karakteristik serat karbon tetap nya 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 linier (diukur dalam apa yang disebut tex). Dengan kerapatan linier 600 tex, massa 1 km jaring akan menjadi 600 g. Dalam banyak kasus, modulus elastisitas bahan, atau, seperti yang mereka katakan, modulus Young, juga sangat penting.

Untuk serat berkekuatan tinggi, angka ini berkisar antara 200 hingga 250 GPa. Serat karbon modulus tinggi yang dibuat berdasarkan PAN memiliki modulus elastisitas sekitar 400 GPa. Untuk larutan kristal cair, parameter ini dapat bervariasi dari 400 hingga 700 GPa. Modulus elastisitas dihitung berdasarkan perkiraan nilainya ketika kristal grafit individu diregangkan. 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, angka ini naik menjadi 1,0 N / m . Pengukuran dengan metode pendakian kapiler membantu menentukan parameter yang sesuai. Suhu leleh serat berdasarkan pitches minyak bumi adalah 200 derajat. Pemintalan berlangsung sekitar 250 derajat; titik leleh jenis serat lain secara langsung tergantung pada komposisinya.

Lebar maksimum kain 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 yang signifikan, ketat 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 adanya tingkat lebih dari 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 adalah dari 9 hingga 10 GPa.

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

Proses manufaktur yang lebih kompleks memungkinkan Anda mendapatkan produk dengan level T35 dan seterusnya.

Teknologi produksi

Serat karbon dapat dibuat dari berbagai jenis polimer. Mode pemrosesan menentukan dua jenis utama bahan tersebut - jenis karbonisasi dan grafit. Perbedaan penting ada antara serat yang berasal dari PAN dan jenis pitch yang berbeda. Serat karbon yang berkualitas, baik kekuatan tinggi maupun modulus tinggi, dapat memiliki tingkat kekerasan dan modulus yang berbeda . Merupakan kebiasaan untuk merujuk mereka ke merek yang berbeda.

Serat dibuat dalam format filamen atau bundel. Mereka terbentuk dari 1000 hingga 10.000 filamen kontinu. Kain dari serat ini juga dapat dibuat, seperti derek (dalam hal ini, jumlah filamen bahkan lebih besar). Bahan baku awal tidak hanya serat sederhana, tetapi juga pitch kristal cair, serta poliakrilonitril. Proses produksi menyiratkan pertama-tama produksi serat asli, dan kemudian dipanaskan di udara pada 200 - 300 derajat.

Dalam kasus PAN, proses ini disebut pretreatment atau peningkatan ketahanan api. Setelah prosedur seperti itu, pitch mendapatkan properti penting seperti infusibility. Serat sebagian teroksidasi. Mode pemanasan lebih lanjut menentukan apakah mereka akan termasuk dalam kelompok karbonisasi atau grafit . Akhir pekerjaan menyiratkan memberikan permukaan sifat yang diperlukan, setelah itu selesai atau berukuran.

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

Serat PAN dipanaskan hingga 200 - 300 derajat dengan adanya udara menjadi hitam.

Karbonisasi selanjutnya dilakukan dalam 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 menerima struktur mikro tangga. Kondensasi pada tingkat intramolekul, disertai dengan munculnya zat aromatik polisiklik, "bertanggung jawab" atas kemunculannya.

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

Pitch minyak bumi kristal cair perlu disimpan pada suhu dari 350 hingga 400 derajat untuk waktu yang lama. Mode ini akan menyebabkan kondensasi molekul polisiklik. Massa mereka meningkat, dan saling menempel secara bertahap (dengan pembentukan spherulit). Jika pemanasan tidak berhenti, spherulit tumbuh, berat molekul meningkat, dan hasilnya adalah pembentukan fase kristal cair terus menerus . Kristal kadang-kadang larut dalam quinoline, tetapi biasanya mereka tidak larut baik di dalamnya maupun dalam piridin (ini tergantung pada nuansa teknologinya).

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 dalam atmosfer udara pada 200 - 350 derajat dan selanjutnya ditahan dalam atmosfer inert. Serat merek Thornel P-55 harus dipanaskan hingga 2000 derajat, semakin tinggi modulus elastisitasnya, semakin tinggi suhunya.

Baru-baru ini, karya ilmiah dan teknik semakin memperhatikan teknologi yang menggunakan hidrogenasi. Produksi awal serat sering dilakukan dengan menghidrogenasi campuran pitch tar batubara dan gum naftalic. Dalam hal ini, tetrahydroquinoline harus ada . Suhu pemrosesan adalah 380 - 500 derajat. Padatan dapat dihilangkan dengan penyaringan dan centrifuge; kemudian pitches menebal pada suhu tinggi. Untuk produksi karbon, perlu menggunakan (tergantung pada teknologinya) cukup banyak peralatan:

• lapisan yang mendistribusikan vakum;
• pompa;
• penyegelan harness;
• meja kerja;
• perangkap;
• jaring konduktif;
• film vakum;
• prepreg;
• autoklaf.

Tinjauan Pasar

Produsen serat karbon berikut memimpin di pasar global:

• Thornell, Fortafil dan Celion (Amerika Serikat);
• Grafil dan Modmore (Inggris);
• Kureha-Lone dan Toreika (Jepang);
• Industri Cytec;
• Hexcel;
• Grup SGL;
• Industri Toray;
• Zoltek;
• Mitsubishi Rayon.

Saat ini karbon diproduksi di Rusia:

• Pabrik Chelyabinsk dari bahan karbon dan komposit;
• Produksi Karbon Balakovo;
• NPK Khimprominzhiniring;
• Perusahaan Saratov "MULAI".

Produk dan aplikasi

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

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

Inovasi yang agak serius sekarang adalah 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 energi berkurang sekitar 50%. Pecinta teknik pemodelan kompleks sering menggunakan tabung karbon yang diperoleh dengan belitan. Produk ini juga diminati oleh produsen mobil dan peralatan lainnya. Serat karbon sering digunakan untuk rem tangan, misalnya. Juga, berdasarkan materi ini, dapatkan:

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

Panel kain karbon 18% lebih kaku dari aluminium dan 14% lebih banyak dari baja struktural … Selongsong berdasarkan bahan ini diperlukan untuk mendapatkan pipa dan tabung penampang variabel, produk spiral dari berbagai profil. Mereka juga digunakan untuk produksi dan perbaikan klub golf. Perlu juga ditunjukkan 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 ditingkatkan.

Sedangkan untuk serbuk jenis grafit terdispersi diperlukan:

• saat menerima lapisan konduktif listrik;
• saat melepaskan lem dari berbagai jenis;
• saat memperkuat cetakan dan beberapa bagian lainnya.

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

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

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

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

Komposit karbon-karbon digunakan dalam produksi:

• dukungan untuk cawan lebur;
• bagian meruncing untuk tungku peleburan vakum;
• bagian tubular untuk mereka.

Area aplikasi tambahan meliputi:

• pisau buatan sendiri;
• gunakan untuk katup kelopak 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 renang. Lapisan penguat yang direkatkan mengembalikan kualitas penyangga dan balok di jembatan. Ini juga digunakan saat membuat septic tank dan membingkai reservoir buatan alami, saat bekerja dengan caisson dan lubang silo.

Anda juga dapat memperbaiki gagang alat, memperbaiki pipa, memperbaiki kaki furnitur, selang, gagang, kotak peralatan, kusen jendela, dan jendela PVC.