Οι ίνες άνθρακα, επίσης γνωστές ως ίνες γραφίτη ή άνθρακας γραφίτης, κατασκευάζονται από πολύ λεπτά νημάτια του στοιχείου άνθρακα. Οι ίνες άνθρακα έχουν υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό και είναι πολύ ισχυρές για το μέγεθός τους. Είναι επίσης ένα πολύ ελαφρύ υλικό.
Η διάμετρος κάθε ίνας είναι {{0}} μικρά. Για να σας δώσουμε μια ιδέα για το πόσο μικρό είναι, ένα μικρό είναι ίσο με 0,0001 mm. Ένα νήμα ιστού αράχνης έχει διάμετρο μεταξύ 3 και 8 μικρομέτρων.
Χαρακτηριστικά και εφαρμογές
Οι ίνες άνθρακα είναι δύο φορές πιο σκληρές και πέντε φορές πιο δυνατές από τον χάλυβα. Ένα άλλο χαρακτηριστικό τους είναι ο υψηλός βαθμός χημικής αντοχής, η αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες και η χαμηλή θερμική διαστολή.
Οι ίνες άνθρακα είναι ένα σημαντικό υλικό μηχανικής για την κατασκευή αεροσκαφών, οχημάτων υψηλών επιδόσεων, αθλητικού εξοπλισμού και μουσικών οργάνων.
Πώς κατασκευάζονται οι ίνες άνθρακα
Οι ίνες άνθρακα είναι κατασκευασμένες από οργανικά πολυμερή. Αυτά τα πολυμερή αποτελούνται από μακριές σειρές μορίων που συνδέονται μεταξύ τους με άτομα άνθρακα. Περίπου το 90% των ινών άνθρακα κατασκευάζεται με τη διαδικασία πολυακρυλονιτριλίου (PAN). Το υπόλοιπο 10% παρασκευάζεται με διεργασίες ρεγιόν ή ασφάλτου πετρελαίου.
Τα αέρια, τα υγρά και άλλα υλικά που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία κατασκευής παράγουν ορισμένα αποτελέσματα, ποιότητες και ποιότητες ανθρακονημάτων. Οι υψηλότερες ποιότητες ανθρακονημάτων με ιδιότητες βέλτιστου συντελεστή χρησιμοποιούνται σε απαιτητικές εφαρμογές όπως η αεροδιαστημική βιομηχανία.
Οι κατασκευαστές ανθρακονημάτων διαφέρουν ως προς το μείγμα των πρώτων υλών που χρησιμοποιούν. Συχνά αντιμετωπίζουν τις συγκεκριμένες συνταγές τους ως εμπορικά μυστικά.
διαδικασία παραγωγής
Κατά τη διάρκεια της παραγωγικής διαδικασίας, οι πρώτες ύλες που ονομάζονται πρόδρομες ουσίες σύρονται σε δεσμίδες μακριών ινών. Οι ίνες στη συνέχεια υφαίνονται σε ύφασμα. Μπορούν επίσης να συνδυαστούν με άλλα υλικά, να τυλιχτούν με νήμα ή να καλουπωθούν στο επιθυμητό σχήμα και μέγεθος.
Η διαδικασία παραγωγής είναι η εξής:
Γυρίζω. Το PAN αναμιγνύεται με άλλα συστατικά και περιστρέφεται σε ίνες, οι οποίες στη συνέχεια πλένονται και τεντώνονται.
Σταθεροποιήστε. Χημικές αλλαγές για τη σταθεροποίηση των δεσμών.
Ανθρακοποίηση. Οι σταθεροποιητικές ίνες θερμαίνονται σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, σχηματίζοντας σφιχτά συνδεδεμένους κρυστάλλους άνθρακα.
Επεξεργαστείτε την επιφάνεια. Η επιφάνεια της ίνας οξειδώνεται για να βελτιωθούν οι ιδιότητες συγκόλλησης.
κόλλα. Οι ίνες επικαλύπτονται και τυλίγονται σε καρούλια. Στη συνέχεια, φορτώνονται σε κλωστικές μηχανές, οι οποίες στρίβουν τις ίνες σε νήματα διαφορετικών μεγεθών.
Οι ίνες μπορούν να διαμορφωθούν σε σύνθετα υλικά αντί να υφανθούν σε υφάσματα. Για να σχηματιστεί το σύνθετο, θερμότητα, πίεση ή κενό μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη σύνδεση των ινών στο πλαστικό πολυμερές.
Πράγματα που πρέπει να ληφθούν υπόψη
Η κατασκευή ανθρακονημάτων αντιμετωπίζει πολλές προκλήσεις, όπως:
Απαιτείται πιο οικονομική αποκατάσταση και αποκατάσταση.
Η διαδικασία επεξεργασίας της επιφάνειας πρέπει να ρυθμίζεται προσεκτικά για να αποφευχθεί η δημιουργία κοιλοτήτων που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε ελαττώματα στις ίνες.
Απαιτείται αυστηρός έλεγχος για τη διασφάλιση σταθερής ποιότητας.
Λόγω της ισχυρής αγωγιμότητας των ινών άνθρακα, μπορεί να εμφανιστούν τόξο και βραχυκυκλώματα σε ηλεκτρικό εξοπλισμό.
Ζητήματα υγείας και ασφάλειας, όπως ερεθισμός του δέρματος και αναπνευστικά προβλήματα.
