탄소 섬유에 관한 모든 것

탄소 섬유에 대한 모든 것을 아는 것은 모든 현대인에게 매우 중요합니다. 러시아의 탄소 생산 기술, 탄소 직물의 밀도 및 기타 특성을 이해하면 적용 범위를 이해하고 올바른 선택을하는 것이 더 쉬울 것입니다. 또한 탄소 섬유를 사용한 퍼티 및 바닥 난방,이 제품의 외국 제조업체 및 다양한 응용 분야에 대한 모든 것을 알아야합니다.

탄소 섬유와 탄소라는 이름이 있으며 여러 출처에서 탄소 섬유도 매우 일반적입니다. 그러나 이러한 재료의 실제 특성과 많은 사람들이 사용할 수 있는 가능성에 대한 아이디어는 상당히 다릅니다. 기술적인 측면에서 보면, 이 재료는 단면적이 5미크론 이상 15미크론 이하인 나사산으로 조립됩니다.. 거의 전체 구성은 탄소 원자에 의해 설명되므로 이름이 지정됩니다. 이 원자 자체는 평행선을 형성하는 투명한 결정으로 그룹화됩니다.

이 디자인은 인장력에 대한 매우 높은 저항을 제공합니다. 탄소 섬유는 완전히 새로운 발명품이 아닙니다. 에디슨은 유사한 재료의 첫 번째 샘플을 받아 사용했습니다.그 후 20세기 중반에 탄소 섬유는 르네상스를 맞이했으며 그 이후로 그 사용이 꾸준히 증가했습니다.

탄소섬유의 가장 큰 특징은 뛰어난 내열성. 물질이 1600-2000도까지 가열되어도 환경에 산소가 없으면 매개 변수가 변경되지 않습니다. 일반적인 재료와 함께 이 재료의 밀도는 선형일 수도 있습니다(소위 텍스로 측정). 600tex의 선형 밀도에서 직물 1km의 질량은 600g이 됩니다.많은 경우 재료의 탄성 계수 또는 영 계수가 많은 경우에 중요합니다.

고강도 섬유의 경우 이 표시기의 범위는 200~250GPa입니다. PAN으로 만든 고탄성 탄소섬유의 탄성계수는 약 400GPa입니다. 액정 솔루션의 경우 이 매개변수는 400에서 700GPa까지 다양할 수 있습니다. 탄성 계수는 ​​개별 흑연 결정을 늘일 때 값의 평가를 기반으로 계산됩니다. 원자 평면의 방향은 X선 회절 분석을 사용하여 설정됩니다.

기본 표면 장력은 0.86N/m입니다. 금속 복합 섬유를 얻기 위해 재료를 가공할 때 이 지표는 1.0N/m로 상승합니다. 모세관 상승 방법으로 측정하면 적절한 매개변수를 결정하는 데 도움이 됩니다. 석유 피치를 기반으로 한 섬유의 용융 온도는 200도입니다. 회전은 약 250도에서 발생합니다. 다른 유형의 섬유의 융점은 구성에 직접적으로 의존합니다.

탄소 웹의 최대 너비는 기술 요구 사항과 뉘앙스에 따라 다릅니다. 많은 제조업체의 경우 100 또는 125cm입니다. 축 강도는 다음과 같습니다.

• 3000 ~ 3500 MPa의 PAN을 기반으로 한 고강도 제품의 경우;
• 상당한 신장률을 가진 섬유의 경우 엄격하게 4500 MPa;
• 2000 ~ 4500 MPa의 고 모듈러스 재료용.

격자의 원자 평면에 대한 인장력 하에서 결정의 안정성에 대한 이론적 계산은 180GPa의 추정값을 제공합니다. 예상되는 실제 한계는 100GPa입니다. 그러나 실험에서는 아직 20GPa 이상의 수준의 존재를 확인하지 못했습니다. 탄소 섬유의 실제 강도는 기계적 결함과 제조 공정의 미묘한 차이로 인해 제한됩니다. 실제 연구에서 확립된 길이 1/10mm 섹션의 인장 강도는 9~10GPa입니다.

T30 탄소 섬유는 특별한 주의를 기울일 가치가 있습니다. 이 재료는 주로 막대 제조에 사용됩니다. 이 솔루션은 가볍고 균형이 뛰어납니다. T30 지수는 30톤의 탄성 계수를 나타냅니다.

탄소 섬유는 다양한 폴리머 유형에서 얻을 수 있습니다. 처리 모드는 탄화 및 흑연화 유형의 두 가지 주요 재료 유형을 정의합니다. PAN에서 얻은 섬유와 다양한 유형의 피치에서 얻은 섬유 사이에는 중요한 차이가 있습니다. 고강도 및 고탄성률 범주 모두에 속하는 고품질 탄소 섬유는 경도 및 탄성률의 수준이 다를 수 있습니다. 그것들을 다른 브랜드에 귀속시키는 것이 일반적입니다.

섬유는 실 또는 묶음 형태로 만들어집니다.1000~10000개의 연속적인 기본 섬유로 구성됩니다. 이러한 섬유로 만든 직물은 번들과 같이 개발될 수도 있습니다(이 경우 기본 섬유의 수가 훨씬 더 많음). 원재료는 단순한 섬유뿐만 아니라 액정피치의 섬유와 폴리아크릴로니트릴이다. 생산 공정은 먼저 원래의 섬유를 생산한 다음 공기 중에서 200~300도 가열하는 것입니다.

PAN의 경우 이 과정을 전처리 또는 방화라고 합니다. 이러한 절차를 거친 후 펙은 불용성과 같은 중요한 속성을 받습니다. 부분적으로 섬유가 산화됩니다. 추가 가열 모드는 탄화 그룹에 속하는지 흑연화 그룹에 속하는지 여부를 결정합니다. 작업의 완료는 표면에 필요한 특성을 부여한 후 옷을 입거나 옷을 입는 것을 의미합니다.

공기 대기에서의 산화는 산화의 결과뿐만 아니라 내화성을 증가시킵니다. 부분 탈수소화뿐만 아니라 분자간 가교 및 기타 공정도 기여합니다. 또한 탄소 원자의 용융 및 휘발에 대한 재료의 민감도가 감소합니다. 탄화(고온 단계에서)는 가스화 및 모든 이물질 제거를 동반합니다.

그들의 후속 탄화는 1000 - 1500도의 질소 환경에서 수행됩니다. 많은 기술자에 따르면 최적의 난방 수준은 1200-1400도입니다. 고탄성 섬유는 약 2500도까지 가열해야 합니다. 예비 단계에서 PAN은 사다리꼴 미세구조를 얻습니다.분자 내 수준의 응축은 다환 방향족 물질의 출현과 함께 발생에 대해 "책임이 있습니다".

온도가 높을수록 순환형 구조가 더 커집니다. 기술에 따른 열처리가 끝난 후, 분자 또는 방향족 단편의 배치는 주축이 섬유축과 평행하도록 배치됩니다. 장력은 방향의 저하를 방지합니다. 열처리 중 PAN 분해의 특징은 그래프트된 단량체의 농도에 의해 결정됩니다. 이러한 섬유의 각 유형은 초기 처리 조건을 결정합니다.

액정 석유 피치는 350~400도의 온도에서 장기간 보관해야 합니다. 이러한 체제는 다환 분자의 축합으로 이어질 것입니다. 그들의 질량이 증가하고 점차적으로 고착이 발생합니다(구정석의 형성과 함께). 가열을 멈추지 않으면 구정이 성장하고 분자량이 증가하여 분리할 수 없는 액정상이 형성됩니다. 결정은 때때로 퀴놀린에 용해되지만 일반적으로 퀴놀린과 피리딘 모두에 용해되지 않습니다(기술의 뉘앙스에 따라 다름).

55~65%의 액정을 가진 액정 피치에서 얻은 섬유는 소성적으로 흐릅니다. 회전은 350-400도에서 수행됩니다. 고도로 배향된 구조는 200~350도의 공기 분위기에서 초기 가열 후 불활성 분위기에 노출되어 형성됩니다. Thornel P-55 섬유는 최대 2000도까지 가열해야 하며 탄성 계수가 높을수록 온도가 높아야 합니다.

최근 과학 및 공학 분야에서 수소화 기술에 점점 더 많은 관심을 기울이고 있습니다.섬유의 초기 생산은 종종 콜타르 피치와 나프탈렌 수지의 혼합물을 수소화하여 수행됩니다. 이 경우 테트라하이드로퀴놀린이 있어야 합니다. 처리 온도는 380~500도입니다. 고체 불순물은 여과 및 원심분리로 제거할 수 있습니다. 그 후, 피치는 상승된 온도에서 두꺼워집니다. 탄소 생산을 위해서는 기술에 따라 매우 다양한 장비를 사용해야 합니다.

• 진공을 분배하는 층;
• 슬리퍼;
• 씰링 하니스;
• 데스크탑;
• 트랩;
• 전도성 메쉬;
• 진공 필름;
• 프리프레그;
• 오토클레이브.

세계 시장의 주요 탄소 섬유 제조업체는 다음과 같습니다.

• Thornel, Fortafil 및 Celion(미국);
• "Graphil" 및 "Modmore"(영국);
• "Kureha-Lon" 및 "Toreika"(일본);
• 싸이텍 인더스트리;
• 헥셀;
• SGL 그룹;
• 도레이산업;
• 졸텍;
• 미쓰비시 레이온.

현재까지 탄소는 러시아에서 생산됩니다.

• 탄소 및 복합 재료의 Chelyabinsk 공장;
• "발라코보 탄소 생산";
• NPK "Khimpromengineering";
• 사라토프 기업 "SNV".

탄소 섬유는 복합 보강재를 만드는 데 사용됩니다. 또한 다음을 얻기 위해 사용하는 것이 일반적입니다.

• 양방향 직물;
• 디자이너 직물;
• 이축 및 사축 조직;
• 부직포;
• 단방향 테이프;
• 프리프레그;
• 외부 보강;
• 섬유;
• 하네스.

다소 심각한 혁신은 이제 적외선 따뜻한 바닥 이 경우 재료는 기존 금속 와이어의 대체품으로 사용됩니다. 3배 더 많은 열을 발생시킬 수 있으며, 소비 전력도 약 50% 감소합니다.복잡한 기술을 모델링하는 팬은 종종 권선으로 얻은 탄소 파이프를 사용합니다. 이러한 제품은 자동차 및 기타 장비 제조업체에서도 수요가 많습니다. 탄소 섬유는 예를 들어 핸드 브레이크에 자주 사용됩니다. 또한이 자료를 기반으로 다음을받습니다.

• 항공기 모델용 부품;
• 전체 후드;
• 자전거;
• 자동차 및 오토바이 튜닝 부품.

탄소 섬유 패널은 알루미늄보다 18% 더 강하고 구조용 강철보다 14% 더 큽니다.. 이 재료를 기반으로 한 슬리브는 다양한 단면의 파이프 및 튜브, 다양한 프로파일의 나선형 제품을 얻기 위해 필요합니다. 그들은 또한 클럽의 제조 및 수리에 사용됩니다. 그 용도도 언급할 가치가 있습니다 스마트폰 및 기타 장치를 위한 특히 내구성이 뛰어난 케이스 생산에 사용됩니다. 이러한 제품은 일반적으로 고급스러운 특성을 가지며 장식적인 특성이 향상되었습니다.

분산 흑연 유형 분말의 경우 다음이 필요합니다.

• 전기 전도성 코팅을 받으면;
• 다양한 유형의 접착제 방출시;
• 금형 및 기타 세부 사항을 강화할 때.

탄소 섬유 퍼티는 여러 면에서 기존 퍼티보다 우수합니다. 이러한 조합은 가소성, 기계적 강도에 대해 많은 전문가들이 높이 평가합니다. 이 조성물은 깊은 결함을 덮는 데 적합합니다. 탄소 막대 또는 막대는 강하고 가벼우며 오래 지속됩니다. 이러한 자료는 다음에 필요합니다.

• 비행;
• 로켓 산업;
• 스포츠 장비 생산.

카르복실산 염의 열분해에 의해 케톤 및 알데히드를 얻을 수 있습니다. 탄소 섬유의 우수한 열적 특성으로 인해 히터 및 전기 가열 패드에 사용할 수 있습니다. 이 히터:

• 경제적인;
• 믿을 수 있는;
• 인상적인 효율성이 다릅니다.
• 위험한 방사선을 퍼뜨리지 마십시오.
• 비교적 컴팩트하다.
• 완벽하게 자동화된;
• 문제 없이 운영됨;
• 외부 소음을 퍼뜨리지 마십시오.

탄소-탄소 복합 재료는 다음 제품의 생산에 사용됩니다.

• 도가니를 나타냅니다.
• 진공 용해로용 원추형 부품;
• 그들을 위한 관형 부품.

추가 적용 분야는 다음과 같습니다.

• 수제 칼;
• 엔진의 리드 밸브에 사용;
• 건설에 사용.

현대 건축업자는 외부 보강뿐만 아니라 오랫동안이 재료를 사용했습니다. 석조 주택과 수영장을 강화하는 데도 필요합니다. 보강층을 붙이면 교량의 지지대와 보의 품질이 복원됩니다. 또한 케이슨 및 사일로 구덩이로 작업할 때 정화조를 만들고 천연 인공 저수지를 구성하는 데 사용됩니다.

다음 비디오에서는 탄소 섬유 생산에 대한 자세한 정보를 찾을 수 있습니다.