Süsinikkiud: omadused, foto, saamine, kasutamine

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Erenenud tööstusharud ja ehitus on viimasel ajal omandanud palju põhimõtteliselt uusi tehnoloogiaid, millest enamik on seotud uuenduslike materjalidega. Tavakasutaja võiks selle protsessi avaldumist märgata ehitusmaterjalide näitel koos komposiitide kaasamisega. Ka autotööstuses võetakse kasutusele süsinikelemendid, mis suurendavad sportautode jõudlust. Ja see pole kõik valdkonnad, kus süsinikkiudu kasutatakse. Selle komponendi aluseks on süsinikkiud, mille foto on esitatud allpool. Tegelikult seisneb uue põlvkonna komposiitide unikaalsus ja aktiivne levitamine ületamatutes tehnilistes ja füüsilistes omadustes.

Tootmistehnoloogia

Materjali tootmiseks kasutatakse toorainet orgaanilise päritoluga looduslike või keemiliste kiudude kujul. Lisaks jäävad esialgsest toorikust spetsiaalse töötlemise tulemusel ainult süsinikuaatomid. Peamine mõjutav jõud on temperatuur. Tehnoloogiline protsess hõlmab mitme kuumtöötlemise etapi rakendamist. Esimeses etapis oksüdeeritakse primaarstruktuur temperatuuritingimustel kuni 250 °C. JärgmiselEtapil läheb süsinikkiudude tootmine üle karboniseerimisprotseduurile, mille tulemusena materjali kuumutatakse lämmastikukeskkonnas kõrgel temperatuuril kuni 1500 °C. Seega moodustub grafiiditaoline struktuur. Kogu tootmisprotsess viiakse lõpule lõpliku töötlemisega grafitimise vormis 3000 °C juures. Selles etapis ulatub puhta süsiniku sisaldus kiududes 99%.

Kus kasutatakse süsinikkiudu?

Kui esimestel populariseerimisaastatel kasutati materjali eranditult kõrgelt spetsialiseeritud valdkondades, siis tänapäeval on seda keemilist kiudu kasutav tootmine laienemas. Materjal on üsna plastiline ja kasutusvõimaluste poolest heterogeenne. Suure tõenäosusega selliste kiudude ulatus laieneb, kuid tänaseks on turul põhilised materjalide esitlemise tüübid kujunenud. Eelkõige võib märkida ehitustööstust, meditsiini, elektrotehnika, kodumasinate jms tootmist. Spetsialiseerunud valdkondades on süsinikkiudude kasutamine endiselt aktuaalne lennukiseadmete, meditsiiniliste elektroodide ja radari neelavate materjalide tootjate jaoks.

Tootmisvormid

Esiteks on tegemist kuumakindlate tekstiiltoodetega, mille hulgas saab eristada kangaid, niite, kudumeid, vilti jne. Tehnoloogilisem suund on komposiitide valmistamine. Võib-olla on see kõige laiem segment, kus süsinikkiud on seeriatootmise toodete aluseks.tootmine. Eelkõige on need laagrid, kuumakindlad sõlmed, osad ja erinevad elemendid, mis töötavad agressiivses keskkonnas. Enamasti on komposiitmaterjalid keskendunud autoturule, kuid ehitustööstus on üsna valmis kaaluma ka selle keemilise kiu tootjate uusi ettepanekuid.

Materiaali omadused

Materjali saamise tehnoloogia eripära jättis oma jälje kiudude jõudlusele. Selle tulemusena on kõrge termiline stabiilsus muutunud selliste toodete struktuuri peamiseks eristavaks tunnuseks. Lisaks termilisele mõjule on materjal vastupidav ka keemiliselt agressiivsele keskkonnale. Tõsi, kui kuumutamisel oksüdatsiooniprotsessis esineb hapnikku, mõjub see kiududele halvasti. Kuid süsinikkiu mehaaniline tugevus võib konkureerida paljude traditsiooniliste materjalidega, mida peetakse kõvaks ja kahjustustele vastupidavaks. See kvaliteet on eriti ilmne süsiniktoodete puhul. Teine omadus, mis on erinevate toodete tehnoloogide seas nõutud, on neeldumisvõime. Tänu aktiivsele pinnale võib seda kiudu pidada tõhusaks katalüütiliseks süsteemiks.

Produtsendid

Segmendi liidrid on Ameerika, Jaapani ja Saksamaa ettevõtted. Vene tehnoloogiad selles valdkonnas pole viimastel aastatel praktiliselt arenenud ja põhinevad endiselt nõukogude aja arengutel. Tänaseks pooleksMaailmas toodetud kiudude arvele langevad Jaapani firmad Mitsubishi, Kureha, Teijin jt. Teine osa jaguneb sakslaste ja ameeriklaste vahel. Näiteks USA pool on Cytec ja Saksamaal toodab süsinikkiudu SGL. Mitte nii kaua aega tagasi astus selle valdkonna liidrite nimekirja Taiwani ettevõte Formosa Plastics. Mis puutub kodumaisesse tootmisse, siis komposiitide väljatöötamisega tegeleb ainult kaks ettevõtet - Argon ja Khimvolokno. Samal ajal on Valgevene ja Ukraina ettevõtjad viimastel aastatel saavutanud olulisi saavutusi, omandades uusi nišše süsinikkiu kaubanduslikuks kasutamiseks.

Süsinikkiudude tulevik

Kuna teatud tüüpi CFRP võimaldab peagi toota tooteid, mis suudavad säilitada oma esialgse struktuuri miljoneid aastaid, ennustavad paljud eksperdid selliste toodete ületootmist. Sellest hoolimata jätkavad huvitatud ettevõtted tehnoloogiliste uuenduste võidujooksu. Ja see on suures osas õigustatud, kuna süsinikkiudude omadused on suurusjärgus paremad kui traditsioonilistel materjalidel. Piisab, kui meeles pidada tugevust ja kuumakindlust. Nende eeliste põhjal uurivad arendajad uusi arendusvaldkondi. Materjali kasutuselevõtt hõlmab suure tõenäosusega mitte ainult spetsialiseeritud valdkondi, vaid ka massitarbijatele lähedasi valdkondi. Näiteks saab tavalised plast-, alumiinium- ja puitelemendid asendada süsinikkiuga, mis ületab mitmete omaduste poolest tavapäraseid materjale.

Järeldus

Paljud tegurid takistavad uuenduslike keemiliste kiudude laialdast kasutuselevõttu. Üks olulisemaid on kõrge hind. Kuna süsinikkiust on tootmiseks vaja kasutada kõrgtehnoloogilisi seadmeid, ei saa iga ettevõte seda endale lubada. Kuid see pole kõige olulisem. Fakt on see, et mitte kõik tootjad ei ole huvitatud sellistest radikaalsetest muutustest toote kvaliteedis. Seega, suurendades infrastruktuuri ühe elemendi vastupidavust, ei saa tootja alati samalaadset uuendust teostada ka kõrvalolevatel komponentidel. Tulemuseks on tasakaalustamatus, mis tühistab kõik uute tehnoloogiate saavutused.