關於碳纖維

了解有關碳纖維的一切對每個現代人來說都非常重要。了解俄羅斯的碳素生產技術、碳纖維織物的密度等特性，將更容易了解其應用範圍並做出正確選擇。此外，您應該了解有關膩子和碳纖維地板采暖的所有信息，有關該產品的外國製造商以及各種應用的信息。

碳纖維和碳的名稱以及在許多來源中碳纖維也很常見。但是這些材料的實際特性以及它們對許多人的使用可能性的想法是完全不同的。從技術角度來看， 這種材料由橫截面至少為 5 且不超過 15 微米的螺紋組裝而成.幾乎整個成分都由碳原子構成——因此得名。這些原子本身被組合成清晰的晶體，形成平行線。

這種設計提供了非常高的抗拉力。 碳纖維並不是一個全新的發明。 愛迪生收到並使用了第一批類似材料的樣品。後來，在 20 世紀中葉，碳纖維經歷了復興——從那時起，它的使用量穩步增加。

碳纖維最大的特點是它 卓越的耐熱性.即使物質被加熱到1600-2000度，那麼在環境中沒有氧氣的情況下，它的參數也不會改變。這種材料的密度與通常的一樣，也可以是線性的（以所謂的特克斯測量）。線密度為 600 tex 時，1 公里織物的質量為 600 g。在許多情況下，材料的彈性模量，或者如他們所說的楊氏模量，在許多情況下是至關重要的。

對於高強度纖維，該指標範圍為 200 至 250 GPa。由 PAN 製成的高模量碳纖維的彈性模量約為 400 GPa。對於液晶溶液，此參數可以在 400 到 700 GPa 之間變化。彈性模量是根據拉伸單個石墨晶體時對其值的評價來計算的。使用 X 射線衍射分析確定原子平面的取向。

默認表面張力為 0.86 N/m。當加工該材料以獲得金屬複合纖維時，該指標上升到1.0 N/m。 通過毛細上升法測量有助於確定合適的參數。基於石油瀝青的纖維的熔化溫度為 200 度。旋轉發生在大約 250 度；其他類型纖維的熔點直接取決於它們的成分。

碳纖維網的最大寬度取決於技術要求和細微差別。對於許多製造商來說，它是 100 或 125 厘米。 至於軸向強度，它將等於：

• 用於 3000 至 3500 MPa 的基於 PAN 的高強度產品；
• 對於具有顯著伸長率的纖維，嚴格要求 4500 MPa；
• 適用於 2000 至 4500 MPa 的高模量材料。

在朝向晶格原子平面的拉力下晶體穩定性的理論計算給出了 180 GPa 的估計值。預期的實際限制為 100 GPa。然而，實驗尚未證實存在高於 20 GPa 的水平。碳纖維的真正強度受限於其機械缺陷和製造過程的細微差別。在實際研究中確定的 1/10 毫米長截面的抗拉強度為 9 到 10 GPa。

T30碳纖維值得特別關注。 這種材料主要用於製造棒材。該解決方案重量輕且平衡性極佳。 T30 指數表示彈性模量為 30 噸。

碳纖維可以從多種聚合物類型中獲得。加工模式定義了此類材料的兩個主要品種 - 碳化和石墨化類型。從 PAN 獲得的纖維與從各種類型的瀝青獲得的纖維之間存在重要差異。 高強度和高模量類別的優質碳纖維可以具有不同的硬度和彈性模量水平。 習慣上將它們歸因於不同的品牌。

纖維以線或束的形式製成。它們由 1000 到 10000 根連續的基本纖維組成。也可以開發由這些纖維製成的織物，如束（在這種情況下，基本纖維的數量甚至更多）。原材料不僅有簡單的纖維，還有液晶瀝青，還有聚丙烯腈。生產過程包括首先生產原始纖維，然後將它們在空氣中加熱到 200 - 300 度。

對於 PAN，此過程稱為預處理或阻燃。在這樣的過程之後，Peck 獲得了不可熔性這樣重要的特性。部分纖維被氧化。 進一步加熱的方式決定了它們是屬於碳化組還是石墨化組。 工作的完成意味著賦予表面必要的特性，然後對其進行修整或修整。

空氣中的氧化不僅由於氧化而增加了耐火性。不僅部分脫氫，還有分子間交聯等過程都有貢獻。此外，降低了材料對碳原子熔化和揮發的敏感性。碳化（在高溫階段）伴隨著氣化和所有外來原子的去除。

它們隨後的碳化是在1000-1500度的氮氣環境中進行的。 根據許多技術人員的說法，最佳加熱水平是 1200 - 1400 度。 高模量纖維必須加熱到大約 2500 度。在初步階段，PAN 獲得梯形微結構。分子內水平的縮合對其發生“負責”，並伴隨著多環芳香物質的出現。

溫度越高，環狀結構越大。 在根據該技術的熱處理結束後，分子或芳香片段的放置使得主軸將平行於纖維軸。張力避免了定向程度的下降。熱處理過程中PAN分解的特徵取決於接枝單體的濃度。每種類型的這種纖維決定了初始加工條件。

液晶石油瀝青需要長期保持在350～400度的溫度。這種方案將導致多環分子的縮合。它們的質量增加，並逐漸發生粘附（形成球晶）。 如果不停止加熱，球晶長大，分子量增加，結果是形成不可分離的液晶相。 晶體偶爾可溶於喹啉，但通常不溶於喹啉和吡啶（這取決於技術的細微差別）。

由含 55 - 65% 液晶的液晶瀝青製成的纖維可塑性流動。紡紗在 350 - 400 度下進行。通過在 200 - 350 度的空氣氣氛中初始加熱並隨後暴露於惰性氣氛中形成高度取向的結構。 Thornel P-55纖維要加熱到2000度，彈性模量越高，溫度應該越高。

近年來，科學和工程工作越來越重視加氫技術。纖維的初始生產通常通過氫化煤焦油瀝青和萘樹脂的混合物來完成。 在這種情況下，必須存在四氫喹啉。 加工溫度為380-500度。固體雜質可通過過濾和離心去除；之後，瀝青在升高的溫度下變厚。 對於碳的生產，必須使用（取決於技術）各種各樣的設備：

• 真空層分佈；
• 泵；
• 密封線束；
• 台式機；
• 陷阱；
• 導電網；
• 真空薄膜；
• 預浸料；
• 高壓滅菌器。

全球市場上領先的碳纖維製造商有：

• Thornel、Fortafil 和 Celion（美國）；
• “Graphil”和“Modmore”（英格蘭）；
• “Kureha-Lon”和“Toreika”（日本）；
• 氰特工業；
• 赫氏;
• 西格里集團；
• 東麗工業；
• 佐爾泰克；
• 三菱麗陽。

迄今為止，碳在俄羅斯生產：

• 車里雅賓斯克碳和復合材料工廠；
• “巴拉科沃碳生產”；
• NPK“Khimpromengineering”；
• 薩拉托夫企業“SNV”。

碳纖維用於製造複合增強材料。 使用它來獲得也很常見：

• 雙向織物；
• 設計師面料；
• 雙軸和四軸組織；
• 無紡布;
• 單向膠帶；
• 預浸料；
• 外部加固；
• 纖維；
• 線束。

現在是一項相當嚴肅的創新 紅外線地暖 在這種情況下，該材料被用作傳統金屬線的替代品。它可以產生3倍以上的熱量，此外，功耗降低了約50%。建模複雜技術的愛好者經常使用通過纏繞獲得的碳管。汽車和其他設備製造商也需要這些產品。例如，碳纖維通常用於手剎。 還根據此材料收到：

• 飛機模型零件；
• 整體罩；
• 自行車；
• 改裝汽車和摩托車的零件。

碳纖維面板比鋁硬 18%，比結構鋼大 14%.需要基於這種材料的套管以獲得可變截面的管材和各種型材的螺旋產品。它們也用於製造和修理球桿。還值得一提的是它的用途 為智能手機和其他小工俱生產特別耐用的外殼。 此類產品通常具有優質特性並具有更高的裝飾品質。

對於分散石墨型粉末，需要：

• 收到導電塗層後；
• 在釋放各種類型的膠水時；
• 在加強模具和其他一些細節時。

碳纖維膩子在很多方面都優於傳統膩子。這種組合因其可塑性、機械強度而受到許多專家的重視。該組合物適用於覆蓋深層缺陷。碳棒或碳棒堅固、輕便且經久耐用。 此類材料需要用於：

• 航空;
• 火箭工業；
• 運動器材的生產。

通過羧酸鹽的熱解，可以獲得酮和醛。碳纖維優異的熱品質使其可用於加熱器和電熱墊。 這些加熱器：

• 經濟;
• 可靠的;
• 不同的令人印象深刻的效率;
• 不傳播有害輻射；
• 相對緊湊；
• 完全自動化；
• 操作沒有任何問題；
• 不要傳播無關的噪音。

碳-碳複合材料用於生產：

• 代表坩堝；
• 真空熔煉爐的錐形零件；
• 管狀零件。

其他應用領域包括：

• 自製刀具；
• 用於發動機上的簧片閥；
• 在建築中使用。

現代建築商長期以來不僅將這種材料用於外部加固。還需要加固石屋和水池。粘貼加強層可恢復橋樑中支撐和樑的質量。當與沈箱和筒倉一起工作時，它還用於創建化糞池和框架天然人工水庫。

在下一個視頻中，您將找到有關碳纖維生產的更多信息。