Izdelki iz ogljikovih vlaken so zelo razširjeni v našem življenju. Ogljikova vlakna so dober material za izdelavo številnih vsakodnevnih potrebščin. Torej, kaj so ogljikova vlakna? Kakšne so značilnosti ogljikovih vlaken? Kakšne so prednosti ogljikovih vlaken v primerjavi z drugimi navadnimi materiali?
Pravzaprav obstaja veliko vrst ogljikovih vlaken. Katere so torej kategorije ogljikovih vlaken? Kakšne so prednosti in značilnosti različnih kategorij?
Kaj so ogljikova vlakna?
Ogljikova vlakna (kratko CF) so nova vrsta vlaknastega materiala z visoko trdnostjo in visokim modulom vlaken z vsebnostjo ogljika več kot 95 %. Je mikrokristalni grafitni material, pridobljen s karboniziranjem in grafitizacijo organskih vlaken, kot so mikrokristali grafita v kosmičih, zloženi vzdolž aksialne smeri vlakna. Ogljikova vlakna so "mehka zunaj in trda znotraj". Je lažji od kovinskega aluminija, vendar je njegova trdnost večja od jekla. Ima značilnosti odpornosti proti koroziji in visokega modula. Je pomemben material v nacionalni obrambi, vojaški industriji in civilni uporabi. Ne samo, da ima inherentne lastnosti ogljikovih materialov, ampak ima tudi mehkobo in sposobnost obdelave tekstilnih vlaken. Gre za novo generacijo armirnih vlaken.
Ogljikova vlakna imajo številne odlične lastnosti. Ogljikova vlakna imajo visoko aksialno trdnost in modul, nizko gostoto, visoko specifično zmogljivost, brez lezenja, odpornost na ultra-visoke temperature v ne-oksidacijskem okolju, dobro odpornost proti utrujenosti, specifično toploto in prevodnost med ne-kovino in kovino, majhen koeficient toplotnega raztezanja in anizotropijo, dobro odpornost proti koroziji in dobro prepustnost-rentgenskih žarkov. Dobra električna in toplotna prevodnost, dobra elektromagnetna zaščita itd. V primerjavi s tradicionalnimi steklenimi vlakni imajo ogljikova vlakna Youngov modul več kot 3-krat večji od tradicionalnih steklenih vlaken, v primerjavi s kevlarskimi vlakni pa je njihov Youngov modul približno 2-krat večji od tradicionalnih steklenih vlaken. Je netopen in ne{10}}nabreka v organskih topilih, kislinah in alkalijah ter ima izjemno odpornost proti koroziji. Katere so kategorije ogljikovih vlaken? Ogljikova vlakna lahko razdelimo na poliakrilonitril-ogljikova vlakna, 1K ogljikova vlakna-cevni asfalt-ogljikova vlakna, viskozna-ogljikova vlakna, fenolna-ogljikova vlakna in parno{18}}ogljikova vlakna glede na vir surovin. Razdelimo ga lahko na splošno-namensko, visoko-modelno, srednje{22}}modulno visoko-modelno, visoko-modelno in ultra-visoko-modelno ogljikovo vlakno glede na zmogljivost ter razdelimo na filamentna, kratka vlakna in kratko-rezana vlakna glede na stanje. Glede na mehanske lastnosti ga lahko razdelimo na splošno-namensko in visoko{30}}zmogljivo vrsto. Trdnost ogljikovih-vlaken za splošno uporabo je 1000 MPa, modul pa približno 100 GPa. Visoko{36}}zmogljiva ogljikova vlakna so razdeljena na visoko{37}}trdno vrsto (trdnost 2000 MPa, modul 250 GPa) in visoko vrsto (modul 300 GPa ali več). Trdnost nad 4000 MPa se imenuje tudi ultra-vrsta visoke trdnosti; modul večji od 450 GPa se imenuje ultra-model.
Z razvojem vesoljske in letalske industrije so se pojavila tudi ogljikova vlakna z visoko-trdnostjo in visoko-trdnostjo z raztezkom večjim od 2 %. Najbolj uporabljena so ogljikova vlakna na osnovi poliakrilonitrila PAN-.
Več kot 90 % ogljikovih vlaken na trgu je predvsem ogljikovih vlaken na osnovi PAN-.
Ker skrivnostna tančica ogljikovih vlaken ni bila popolnoma razkrita, ljudje za njeno izdelavo ne morejo neposredno uporabiti ogljika ali grafita. Kot surovine lahko uporabijo samo nekatera organska vlakna, ki vsebujejo ogljik (kot so najlon, akril, rajon itd.) in kombinirajo organska vlakna s plastičnimi smolami za karbonizacijo in izdelavo ogljikovih vlaken.
Ogljikova vlakna na osnovi PAN-
Proizvodni proces ogljikovih vlaken na osnovi PAN-v glavnem vključuje dva procesa: proizvodnjo predhodnika in karbonizacijo predhodnika: najprej se z nizom postopkov, kot sta polimerizacija akrilonitrila in predenje, predela v poliakrilonitrilno vlakno ali predhodnik, imenovan »mati«, in ti predhodniki se postavijo v oksidacijsko peč za oksidacijo pri 200 do 300 stopinjah C in nato v karbonizacijska peč, karbonizacija in drugi postopki se izvajajo pri temperaturi od 1000 do 2000 stopinj C za izdelavo ogljikovih vlaken.
Ogljikova vlakna-na osnovi asfalta
Združene države so izumile mezofazni asfalt iz navadnih kovin, ki vsebuje ogljikova vlakna-na osnovi tekstilnega asfalta. Ko je prekurzor stabiliziran in karboniziran, je natezna trdnost ogljikovih vlaken 3,5 G Pa in modul 252 G Pa; Francija je razvila toplotno{4}}odporna in visoko prevodna mezofazna asfaltna-ogljikova vlakna, Poljska pa je razvila novo metodo za kovinsko-ogljikova vlakna. Na primer, z bakrom-prevlečen asfalt-ogljikova vlakna so izdelana z metodo mešanja. Najprej se bakrova sol zmeša z izotropnim premogovim katranom, izvede se centrifugalno predenje, stabilizira na zraku in obdela z visoko{11}}temperaturnim vodikom, da se pridobi zlitina bakrovih ogljikovih vlaken. Svetovna proizvodna zmogljivost ogljikovih-vlaken na osnovi asfalta je relativno majhna. Domače raziskave in razvoj ogljikovih-vlaken na osnovi asfalta so se začele že prej, vendar obstaja velika vrzel v razvoju, proizvodnji in uporabi v primerjavi s tujino.
Ogljikova vlakna so razdeljena v dve kategoriji glede na različne specifikacije izdelka: vesoljska in industrijska, znana tudi kot majhna vleka in velika vleka. Ogljikova vlakna nad 48K se običajno imenujejo velika ogljikova vlakna, vključno s 360K in 480K. Aerospace-ogljikova vlakna so bila v zgodnji fazi večinoma 3K in so se postopoma razvila v 12K in 24K. Uporablja se predvsem v nacionalni obrambi in vojaški industriji ter visoki tehnologiji, pa tudi v izdelkih za šport in prosti čas, kot so letala, rakete, rakete, sateliti, ribiške palice, palice in loparji. Industrijska-ogljikova vlakna se uporabljajo v različnih civilnih panogah, vključno s: tekstilom, medicino in zdravjem, elektromehaniko, gradbeništvom, transportom in energetiko.
,
