Hiilikuitutuotteet ovat laajalti levinneitä elämässämme. Hiilikuitu on hyvä materiaali monien päivittäisten tarpeiden valmistukseen. Joten mikä on hiilikuitu? Mitkä ovat hiilikuidun ominaisuudet? Mitkä ovat hiilikuidun edut muihin tavallisiin materiaaleihin verrattuna?
Itse asiassa hiilikuituja on monenlaisia. Joten mitkä ovat hiilikuitujen luokat? Mitkä ovat eri luokkien edut ja ominaisuudet?
Mikä on hiilikuitu?
Hiilikuitu (lyhennettynä CF) on uudentyyppinen kuitumateriaali, jolla on korkea lujuus ja korkeamoduulikuitu, jonka hiilipitoisuus on yli 95 %. Se on mikrokiteistä grafiittimateriaalia, joka saadaan hiiltämällä ja grafitoimalla orgaanisia kuituja, kuten hiutalegrafiittimikrokiteitä, jotka on pinottu kuidun aksiaalisuunnassa. Hiilikuitu on "pehmeää ulkoa ja kova sisältä". Se on kevyempi kuin metallialumiini, mutta sen lujuus on terästä suurempi. Sillä on korroosionkestävyys ja korkea moduuli. Se on tärkeä materiaali maanpuolustuksessa, sotateollisuudessa ja siviilikäytössä. Sillä ei ole vain hiilimateriaalien luontaisia ominaisuuksia, vaan sillä on myös tekstiilikuitujen pehmeys ja prosessoitavuus. Se on uuden sukupolven vahvistuskuitu.
Hiilikuidulla on monia erinomaisia ominaisuuksia. Hiilikuidulla on korkea aksiaalinen lujuus ja moduuli, alhainen tiheys, korkea ominaissuorituskyky, ei virumista, ultra-korkea lämpötilan kestävyys ei--hapettavassa ympäristössä, hyvä väsymiskestävyys, ominaislämpö ja johtavuus ei--metallin ja metallin välillä, pieni lämpölaajenemiskerroin ja anisotropia, hyvä korroosionkestävyys}} ja hyvä röntgenläpäisevyys{{4}. Hyvä sähkö- ja lämmönjohtavuus, hyvä sähkömagneettinen suojaus jne. Perinteiseen lasikuituun verrattuna hiilikuidun Youngin moduuli on yli 3 kertaa perinteiseen lasikuituun verrattuna, ja Kevlar-kuituun verrattuna sen Youngin moduuli on noin 2 kertaa perinteiseen lasikuituun verrattuna. Se on liukenematon ja ei{10}}turpoa orgaanisiin liuottimiin, happoihin ja emäksiin, ja sillä on erinomainen korroosionkestävyys. Mitkä ovat hiilikuitujen luokat? Hiilikuitu voidaan jakaa polyakryylinitriili-pohjaiseen hiilikuituun, 1K-hiilikuitu-valmistettuihin putkiasfaltti-pohjaisiin hiilikuituihin, viskoosi-pohjaisiin hiilikuituihin, fenoli-pohjaisiin hiilikuituihin ja höyry{18}}kasvatettuihin hiilikuituihin raaka-aineiden lähteen mukaan. Suorituskyvyn mukaan se voidaan jakaa yleis-lujaan{21}}, keski-moduulikorkeaan-, korkea-malliin ja ultra-korkeaan{26}}hiilikuitumalliin, ja tilan mukaan filamenttikuituihin, lyhytkuituihin ja lyhytkuituihin-. Mekaanisten ominaisuuksien mukaan se voidaan jakaa yleiskäyttöisiin-ja korkean suorituskyvyn{30}}tyyppeihin. Yleiskäyttöisen hiilikuidun lujuus on 1000 MPa ja moduuli noin 100 GPa. Suorituskykyinen hiilikuitu jaetaan korkean-lujuuden tyyppiin (lujuus 2000 MPa, moduuli 250 GPa) ja korkeaan tyyppiin (moduuli 300 GPa tai enemmän). Yli 4 000 MPa:n lujuutta kutsutaan myös erittäin-lujuudeksi. moduulia, joka on suurempi kuin 450 GPa, kutsutaan ultra-korkeaksi malliksi.
Ilmailu- ja ilmailuteollisuuden kehittyessä on myös ilmestynyt lujaa{0}}lujaa-hiilikuitua, jonka venymä on yli 2 %. Eniten käytetty on polyakryylinitriili PAN{4}}-pohjainen hiilikuitu.
Yli 90 % markkinoilla olevista hiilikuiduista on pääasiassa PAN-pohjaisia hiilikuituja.
Koska hiilikuidun salaperäistä verhoa ei ole täysin paljastettu, ihmiset eivät voi suoraan käyttää hiiltä tai grafiittia sen valmistukseen. Ne voivat käyttää raaka-aineina vain joitain hiiltä{1}} sisältäviä orgaanisia kuituja (kuten nailonia, akryylia, viskoosia jne.) ja yhdistää orgaanisia kuituja muovihartseihin hiilikuitujen hiiltämiseksi ja valmistamiseksi.
PAN{0}}pohjainen hiilikuitu
PAN{0}}pohjaisen hiilikuidun tuotantoprosessi sisältää pääasiassa kaksi prosessia: esiasteen valmistuksen ja esiasteen karbonisoinnin: ensinnäkin se prosessoidaan useilla prosesseilla, kuten akryylinitriilin polymeroinnilla ja kehruulla, polyakrylonitriilikuiduksi tai prekursoriksi nimeltä "emä", ja sitten nämä esiasteet sijoitetaan hapetusuuniin hiilen hapettumista varten 30, 20 asteessa ja 20 °C:ssa. karbonointi ja muut prosessit suoritetaan 1000-2000 asteen lämpötilassa hiilikuidun valmistamiseksi.
Asfaltti{0}}pohjainen hiilikuitu
Yhdysvallat keksi perusmetallin mesofaasiasfaltin, joka sisältää tekstiiliasfaltti{0}}pohjaista hiilikuitua. Kun esiaste on stabiloitu ja hiiltynyt, hiilikuidun vetolujuus on 3,5 G Pa ja moduuli on 252 G Pa; Ranska on kehittänyt lämpöä-kestävää ja erittäin johtavaa mesofaasiasfaltti-hiilikuitua, ja Puola on kehittänyt uuden menetelmän metalli-pinnoitetulle hiilikuidulle. Esimerkiksi kupari-pinnoitettu asfaltti-hiilikuitu valmistetaan sekoitusmenetelmällä. Ensin kuparisuola sekoitetaan isotrooppisen kivihiilitervan kanssa, suoritetaan keskipakokehruu, stabiloidaan ilmassa ja käsitellään korkean lämpötilan vedyssä, jolloin saadaan seostettua kuparihiilikuitua. Maailman asfalttipohjaisen hiilikuidun{13}tuotantokapasiteetti on suhteellisen pieni. Asfalttipohjaisten hiilikuitujen kotimainen tutkimus- ja kehitystyö alkoi{15}}jo aiemmin, mutta kehityksessä, tuotannossa ja sovelluksissa on suuri aukko ulkomaihin verrattuna.
Hiilikuitu jaetaan kahteen luokkaan eri tuotespesifikaatioiden mukaan: ilmailu- ja teollisuuslaatu, joka tunnetaan myös nimellä pieni touvi ja iso touvi. Yli 48K hiilikuitua kutsutaan yleensä suureksi hiilikuituksi, mukaan lukien 360K ja 480K. Ilmailu{5}}-luokan hiilikuitu oli alkuvaiheessa pääasiassa 3K ja kehittyi vähitellen 12K ja 24K. Sitä käytetään pääasiassa maanpuolustus- ja sotateollisuudessa ja korkeassa teknologiassa sekä urheilu- ja vapaa-ajan tuotteissa, kuten lentokoneissa, ohjuksissa, raketteissa, satelliiteissa, onkivavoissa, mailoissa ja mailoissa. Teollisuus-hiilikuitua käytetään eri siviiliteollisuuden aloilla, mukaan lukien tekstiiliteollisuus, lääketiede ja terveydenhuolto, sähkömekaniikka, tie- ja vesirakentaminen, kuljetus ja energia.
,
