הכל על סיבי פחמן

לדעת הכל על סיבי פחמן חשוב מאוד לכל אדם מודרני. הבנת הטכנולוגיה של ייצור פחמן ברוסיה, צפיפות ומאפיינים אחרים של סיבי פחמן, יהיה קל יותר להבין את היקף היישום שלו ולבצע את הבחירה הנכונה. בנוסף, כדאי לברר הכל על שפכטל וחימום תת רצפתי בסיבי פחמן, על יצרנים זרים של מוצר זה ועל תחומי יישום שונים.

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. מנקודת מבט טכנית, חומר זה מורכב מחוטים עם חתך רוחב של לא פחות מ-5 ולא יותר מ-15 מיקרון... כמעט כל ההרכב מורכב מאטומי פחמן - ומכאן השם. אטומים אלה עצמם מקובצים לגבישים פריכים היוצרים קווים מקבילים.

עיצוב זה מספק חוזק מתיחה גבוה מאוד. סיבי פחמן אינם המצאה חדשה לחלוטין. הדגימות הראשונות של חומר דומה התקבלו והשתמשו בו על ידי אדיסון. מאוחר יותר, באמצע המאה העשרים, סיבי הפחמן חוו רנסנס - ומאז השימוש בהם גדל בהתמדה.

המאפיינים החשובים ביותר של סיבי פחמן נותרו שלו עמידות בחום יוצאת דופן... גם אם החומר מחומם עד 1600 - 2000 מעלות, אז בהיעדר חמצן בסביבה הפרמטרים שלו לא ישתנו. הצפיפות של חומר זה, יחד עם הרגיל, היא גם ליניארית (נמדדת במה שנקרא טקס). עם צפיפות ליניארית של 600 טקס, המסה של 1 ק"מ של רשת תהיה 600 גרם. במקרים רבים, מודול האלסטי של החומר, או כמו שאומרים, מודול יאנג, הוא גם חשוב מאוד.

עבור סיבים בעלי חוזק גבוה, נתון זה נע בין 200 ל-250 GPa. לסיבי פחמן עם מודול גבוה המיוצר על בסיס PAN יש מודול אלסטי של כ-400 GPa. עבור תמיסות גביש נוזלי, פרמטר זה יכול להשתנות בין 400 ל-700 GPa. מודול האלסטי מחושב על סמך אומדן ערכו כאשר גבישי גרפיט בודדים נמתחים. הכיוון של המישורים האטומיים נקבע באמצעות ניתוח עקיפה של קרני רנטגן.

מתח הפנים המוגדר כברירת מחדל הוא 0.86 N/m. בעת עיבוד החומר לקבלת סיב מרוכב מתכת, נתון זה עולה ל 1.0 N / m. המדידה בשיטת העלייה הנמית עוזרת לקבוע את הפרמטר המתאים. נקודת ההיתוך של סיבים המבוססים על זפת נפט היא 200 מעלות. הספינינג מתבצע בכ-250 מעלות; נקודת ההיתוך של סוגים אחרים של סיבים תלויה ישירות בהרכבם.

הרוחב המרבי של מטליות פחמן תלוי בדרישות ובניואנסים טכנולוגיים. עבור יצרנים רבים, זה 100 או 125 ס"מ. באשר לחוזק הצירי, הוא יהיה שווה ל:

• למוצרים בעלי חוזק גבוה המבוססים על PAN מ-3000 עד 3500 MPa;
• עבור סיבים עם התארכות משמעותית, אך ורק 4500 MPa;
• עבור חומר בעל מודולוס גבוה מ-2000 עד 4500 MPa.

חישובים תיאורטיים של יציבות גביש תחת כוח מתיחה כלפי המישור האטומי של הסריג נותנים ערך מוערך של 180 GPa.המגבלה המעשית הצפויה היא 100 GPa. עם זאת, ניסויים עדיין לא אישרו נוכחות של רמה של יותר מ-20 GPa. החוזק האמיתי של סיבי פחמן מוגבל על ידי הפגמים המכניים שלו והניואנסים של תהליך הייצור. חוזק המתיחה של קטע באורך 1/10 מ"מ שנקבע בלימודים מעשיים יהיה בין 9 ל-10 GPa.

סיבי הפחמן T30 ראויים לתשומת לב מיוחדת. חומר זה משמש בעיקר בייצור של מוטות. פתרון זה מובחן בקלילות ובאיזון המצוין שלו. מדד T30 מציין מודול אלסטיות של 30 טון.

ניתן לייצר סיבי פחמן ממגוון רחב של סוגי פולימרים. מצב העיבוד קובע שני סוגים עיקריים של חומרים כאלה - סוגים מופחמים וגרפיטים. הבחנה חשובה קיימת בין סיבים שמקורם ב-PAN לבין סוגי מגרש שונים. סיבי פחמן איכותיים, הן חוזק גבוה והן מודולוס גבוה, יכולים להיות בעלי רמות שונות של קשיות ומודולוס. נהוג להפנות אותם למותגים שונים.

סיבים עשויים בפורמט נימה או צרור. הם נוצרים מ-1000 עד 10000 חוטים רציפים. ניתן לייצר גם בדים מסיבים אלה, כמו גרירות (במקרה זה, מספר החוטים גדול אף יותר). חומר הגלם ההתחלתי הוא לא רק סיבים פשוטים, אלא גם מגרשי גביש נוזליים, כמו גם פוליאקרילוניטריל. תהליך הייצור מרמז תחילה על ייצור הסיבים המקוריים, ולאחר מכן הם מחוממים באוויר ב-200 - 300 מעלות.

במקרה של PAN, תהליך זה נקרא טיפול מקדים או שיפור עמידות באש. לאחר הליך כזה, המגרש מקבל תכונה כה חשובה כמו אינפוזיות. הסיבים מחומצנים חלקית. אופן החימום הנוסף קובע אם הם יהיו שייכים לקבוצה המוגזת או הגרפיטית. סוף העבודה מרמז לתת למשטח את המאפיינים הדרושים, ולאחר מכן הוא סיים או גודלו.

חמצון באוויר מגביר את עמידות האש לא רק כתוצאה מחמצון. התרומה נעשית לא רק על ידי דה-הידרוגנציה חלקית, אלא גם על ידי הצלבה בין מולקולרית ותהליכים אחרים. בנוסף, הרגישות של החומר להתכה ולהנדיד של אטומי פחמן פוחתת. קרבוניזציה (בשלב הטמפרטורה הגבוהה) מלווה בגיזה ובריחה של כל האטומים הזרים.

הפחממה שלאחר מכן שלהם מתבצעת בסביבת חנקן ב 1000 - 1500 מעלות. רמת החימום האופטימלית, על פי מספר טכנולוגים, היא 1200 - 1400 מעלות. סיבי מודולוס גבוה יצטרכו להתחמם עד כ-2500 מעלות. בשלב המקדים, PAN מקבל מיקרו-מבנה סולם. עיבוי ברמה התוך מולקולרית, המלווה בהופעת חומר ארומטי פוליציקלי, הוא "אחראי" להתרחשותו.

ככל שהטמפרטורה תעלה יותר, כך המבנה של הסוג המחזורי יהיה גדול יותר. לאחר סיום הטיפול בחום לפי הטכנולוגיה, סידור המולקולות או השברים הארומטיים הוא כזה שהצירים הראשיים יהיו מקבילים לציר הסיבים. המתח מונע נפילה של 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 הראשוניים.

זפת נפט קריסטל נוזלי צריך להישמר במשך זמן רב בטמפרטורות שבין 350 ל-400 מעלות. מצב זה יוביל לעיבוי של מולקולות פוליציקליות. המסה שלהם גדלה, וההיצמדות זו לזו מתרחשת בהדרגה (עם היווצרות ספירוליטים). אם החימום לא נפסק, הספירוליטים גדלים, המשקל המולקולרי עולה, והתוצאה היא היווצרות של פאזה גבישית נוזלית רציפה. גבישים מסיסים מדי פעם בקינולין, אבל בדרך כלל הם לא מתמוססים גם בו וגם בפירידין (זה תלוי בניואנסים של הטכנולוגיה).

סיבים המתקבלים מזפת גבישים נוזליים עם 55 - 65% גבישים נוזליים זורמים בצורה פלסטית. ספינינג מתבצע ב 350 - 400 מעלות. מבנה בעל אוריינטציה גבוהה נוצר על ידי חימום ראשוני באווירת אוויר ב-200 - 350 מעלות והחזקה לאחר מכן באווירה אינרטית. יש לחמם סיבים של המותג Thornel P-55 עד 2000 מעלות, ככל שמודול האלסטיות גבוה יותר, הטמפרטורה צריכה להיות גבוהה יותר.

לאחרונה, עבודות מדעיות והנדסיות מקדישות יותר ויותר תשומת לב לטכנולוגיה באמצעות הידרוגנציה. הייצור הראשוני של סיבים מתבצע לרוב על ידי הידרוגנטציה של תערובת של זפת זפת פחם ושרף נפתלט. במקרה זה, טטרהידרוקינולין צריך להיות נוכח. טמפרטורת העיבוד היא 380 - 500 מעלות. ניתן להסיר מוצקים על ידי סינון וצנטריפוגה; לאחר מכן מעבים את המגרשים בטמפרטורה מוגברת. לייצור פחמן, יש צורך להשתמש (בהתאם לטכנולוגיה) במגוון למדי של ציוד:

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

יצרני סיבי הפחמן הבאים מובילים בשוק העולמי:

• Thornell, Fortafil ו-Celion (ארצות הברית);
• גרפיל ומודמור (אנגליה);
• Kureha-Lone and Toreika (יפן);
• Cytec Industries;
• Hexcel;
• קבוצת SGL;
• טוראי תעשיות;
• זולטק;
• מיצובישי ראיון.

כיום מיוצר פחמן ברוסיה:

• מפעל צ'ליאבינסק של פחמן וחומרים מרוכבים;
• ייצור פחמן Balakovo;
• NPK Khimprominzhiniring;
• מפעל סרטוב "START".

סיבי פחמן משמשים לייצור חיזוקים מרוכבים. זה גם נפוץ להשתמש בו כדי לקבל:

• בדים דו-כיווניים;
• בדי מעצבים;
• רקמה דו-צירית וארבע-צירית;
• בד שאינו ארוג;
• קלטת חד כיוונית;
• prepregs;
• חיזוק חיצוני;
• סִיב;
• רתמות.

חידוש רציני למדי כעת רצפה חמה אינפרא אדום. במקרה זה, החומר משמש כתחליף לחוט המתכת המסורתי. זה יכול לייצר פי 3 יותר חום, בנוסף, צריכת האנרגיה מופחתת בכ-50%. אוהבי דוגמנות טכניקות מורכבות משתמשים לעתים קרובות בצינורות פחמן המתקבלים על ידי סלילה. מוצרים אלה מבוקשים גם על ידי יצרני מכוניות וציוד אחר. סיבי פחמן משמשים לעתים קרובות לבלמים ידניים, למשל. כמו כן, בהתבסס על חומר זה, קבל:

• חלקים לדגמי מטוסים;
• ברדסים מקשה אחת;
• אופניים;
• חלקים לכוונון מכוניות ואופנועים.

לוחות בד פחמן קשיחים ב-18% מאלומיניום וב-14% יותר מפלדה מבנית... יש צורך בשרוולים המבוססים על חומר זה כדי להשיג צינורות וצינורות בחתך רוחב משתנה, מוצרים ספירליים של פרופילים שונים. הם משמשים גם לייצור ותיקון של אלות גולף. כדאי גם לציין את השימוש בו. בייצור נרתיקים עמידים במיוחד לסמארטפונים וגאדג'טים אחרים. מוצרים כאלה הם בדרך כלל בעלי אופי פרימיום ובעלי איכויות דקורטיביות משופרות.

באשר לאבקה מפוזרת מסוג גרפיט, יש צורך:

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

שפכטל סיבי פחמן עדיף על שפכטל מסורתי במספר דרכים. שילוב זה מוערך על ידי מומחים רבים בשל הפלסטיות והחוזק המכני שלו. ההרכב מתאים לכיסוי פגמים עמוקים. מוטות או מוטות פחמן הם 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 פחמן מאפשרות להשתמש בו בתנורי חימום וכריות חימום. תנורים כאלה:

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

פחמן-פחמן מרוכבים משמשים לייצור של:

• תומכים עבור כור היתוך;
• חלקים חרוטיים לתנורי התכת ואקום;
• חלקים צינוריים עבורם.

תחומי יישום נוספים כוללים:

• סכינים תוצרת בית;
• שימוש עבור שסתום עלי כותרת במנועים;
• שימוש בבנייה.

בונים מודרניים השתמשו זמן רב בחומר זה לא רק לחיזוק חיצוני. יש צורך גם לחיזוק בתי אבן ובריכות שחייה. שכבת החיזוק המודבקת מחזירה את איכויות התומכים והקורות בגשרים. הוא משמש גם בעת יצירת בורות ספיגה ומסגור מאגרים טבעיים ומלאכותיים, כאשר עובדים עם קיסון ובור ממגורה.

בסרטון הבא תמצאו מידע נוסף על ייצור סיבי פחמן.