1. Βασικές ιδιότητες των ανθρακονημάτων
Το Carbon Fiber είναι ένας νέος τύπος ινώδους υλικού με ίνα υψηλής αντοχής και υψηλού συντελεστή μέτρησης με περιεκτικότητα σε άνθρακα μεγαλύτερη από 90%.
- Οι ίνες άνθρακα έχουν πολλές εξαιρετικές ιδιότητες, όπως υψηλή αντοχή, χαμηλή πυκνότητα, αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία, αντοχή στη διάβρωση κ.λπ. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε πολλούς τομείς όπως η αεροδιαστημική, η αυτοκινητοβιομηχανία, ο αθλητικός εξοπλισμός κ.λπ. λόγω του μικρού βάρους και της υψηλής αντοχής του, μπορεί να μειώσει το βάρος του αεροσκάφους και να βελτιώσει την απόδοση καυσίμου. Σε αθλητικό εξοπλισμό, όπως ποδήλατα υψηλής ποιότητας και μπαστούνια γκολφ, η χρήση ανθρακονημάτων μπορεί να βελτιώσει την απόδοση.
2. Δομικά χαρακτηριστικά και σημείο τήξης ανθρακονημάτων
- Η δομή των ινών άνθρακα αποτελείται κυρίως από στοιχεία άνθρακα με τη μορφή μικροκρυστάλλων γραφίτη. Αυτή η δομή καθιστά τις ίνες άνθρακα πολύ σταθερές. Από την άποψη των χημικών δεσμών, οι δεσμοί άνθρακα-άνθρακα (CC bonds) στις ίνες άνθρακα είναι πολύ ισχυροί.
- Το σημείο τήξης των ανθρακονημάτων είναι πολύ υψηλό. Υπό κανονική πίεση, οι ίνες άνθρακα δύσκολα θα λιώσουν. Αυτό συμβαίνει επειδή χρειάζεται εξαιρετικά υψηλή ενέργεια για να καταστραφεί η εσωτερική ισχυρή δομή του δεσμού άνθρακα-άνθρακα. Σε γενικές γραμμές, όταν η θερμοκρασία αυξάνεται σε ένα ορισμένο επίπεδο, οι ίνες άνθρακα θα υποστούν μια αντίδραση οξείδωσης παρουσία οξυγόνου, αντί να λιώσουν όπως τα συνηθισμένα μέταλλα ή ορισμένα υλικά με χαμηλό σημείο τήξης. Για παράδειγμα, στο περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας γύρω από έναν κινητήρα αεροσκάφους, οι ίνες άνθρακα δεν θα λιώσουν αλλά θα διατηρήσουν τη δομική τους σταθερότητα και θα παίξουν τον ρόλο τους ως ενισχυτικό υλικό.
3. Απόδοση ανθρακονημάτων σε υψηλές θερμοκρασίες
- Σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας, οι ίνες άνθρακα θα παρουσιάσουν ορισμένες ειδικές ιδιότητες. Εκτός από την προαναφερθείσα δυσκολία τήξης, μπορεί επίσης να διατηρήσει μια ορισμένη αντοχή. Αυτό επιτρέπει τη χρήση του σε βιομηχανικά περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας ή κοντά σε μέρη υψηλής θερμοκρασίας της αεροδιαστημικής. Ωστόσο, καθώς η θερμοκρασία συνεχίζει να αυξάνεται, η αντοχή των ανθρακονημάτων θα μειωθεί σταδιακά.
- Όταν η θερμοκρασία ανέβει σε ένα ορισμένο επίπεδο (συνήθως γύρω στο 2000-3000 βαθμό , η συγκεκριμένη τιμή θα ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο των ανθρακονημάτων και τη διαδικασία παραγωγής), οι ίνες άνθρακα θα υποστούν δομικές αλλαγές, όπως αύξηση ο βαθμός γραφιτοποίησης, αλλά και πάλι δεν θα λιώσει. Αυτή η ειδική απόδοση σε υψηλές θερμοκρασίες κάνει τις ανθρακονήματα αναντικατάστατα σε πεδία που απαιτούν υλικά ανθεκτικά σε υψηλές θερμοκρασίες.
