Augstas veiktspējas oglekļa šķiedru sagatavošana un klasifikācija
Oglekļa šķiedras tiek plaši izmantotas kosmosa, automobiļu un citos augstas veiktspējas lietojumos, pateicoties to izcilajai stiprības un svara attiecībai un augstajai stingrībai. Šo šķiedru sagatavošana un klasificēšana ietver vairākus sarežģītus procesus, kuriem nepieciešama specializēta iekārta un zināšanas.
Oglekļa šķiedru sagatavošana:
Oglekļa šķiedras parasti sagatavo no prekursormateriāliem, piemēram, poliakrilnitrila (PAN), piķa vai viskozes. Prekursoru materiāli tiek pārvērsti šķiedrās, izmantojot procesu, ko sauc par pirolīzi, kas ietver materiāla karsēšanu līdz augstām temperatūrām bez skābekļa.
Oglekļa šķiedras uz PAN bāzes:
Oglekļa šķiedras uz PAN bāzes ir visplašāk izmantotais oglekļa šķiedru veids to izcilo īpašību dēļ. Uz PAN bāzes izgatavoto oglekļa šķiedru ražošanas process ietver vairākus posmus, tostarp oksidēšanu, stabilizāciju un karbonizāciju.
Pirmais posms, oksidēšana, ietver PAN šķiedru karsēšanu gaisā, lai uzlabotu to termisko stabilitāti un noņemtu jebkādus piemaisījumus. Šis process rada materiālu, ko sauc par oksidētu PAN (OPAN), kas pēc tam tiek tālāk apstrādāts, lai iegūtu stabilizētu PAN (SPAN).
Otrajā stabilizācijas posmā SPAN šķiedras tiek uzkarsētas līdz aptuveni 250 grādiem inertā atmosfērā, lai izraisītu ķīmisku šķērssavienojumu un stabilizētu šķiedras. Iegūtais materiāls ir pazīstams kā oglekļa šķiedras prekursors.
Finally, in the third stage, carbonization, the precursor fibers are heated to high temperatures (>1000 grādu), ja nav skābekļa, lai pārvērstu tos oglekļa šķiedrās.
Oglekļa šķiedras uz piķa bāzes:
Oglekļa šķiedras uz piķa bāzes sagatavo, karsējot naftas vai akmeņogļu darvas piķi līdz augstām temperatūrām bez gaisa. Pēc tam iegūto materiālu izspiež šķiedrās un karbonizē. Šīm šķiedrām ir lieliskas mehāniskās īpašības, taču tās ir dārgākas, salīdzinot ar oglekļa šķiedrām, kuru pamatā ir PAN.
Oglekļa šķiedru klasifikācija:
Oglekļa šķiedras klasificē pēc to stiepes izturības un moduļa. Stiepes izturība ir maksimālais spriegums, ko materiāls var izturēt pirms pārrāvuma, savukārt modulis attiecas uz materiāla stingrību.
Oglekļa šķiedrām izmantotā klasifikācijas sistēma ir balstīta uz stiepes moduli, un to ir noteikusi Starptautiskā standartizācijas organizācija (ISO). ISO standarts klasificē oglekļa šķiedras dažādās kategorijās, katrai no kurām ir noteikts stiepes moduļa diapazons.
Visizplatītākās oglekļa šķiedru kategorijas ir:
- Standarta modulis (SM): 34-38 MSI stiepes modulis.
- Starpposma modulis (IM): 38-42 MSI stiepes modulis.
- Augsts modulis (HM): 42-75 MSI stiepes modulis.
- Īpaši augsts modulis (UHM): 75-145 MSI stiepes modulis.
Secinājums:
Augstas veiktspējas oglekļa šķiedru sagatavošanai un klasificēšanai ir nepieciešamas īpašas zināšanas un aprīkojums. Oglekļa šķiedras, kuru pamatā ir PAN, ir visplašāk izmantotais veids to izcilo īpašību un izmaksu efektivitātes dēļ. Oglekļa šķiedras tiek klasificētas, pamatojoties uz to stiepes izturību un moduli, un ir pieejamas vairākas kategorijas, lai tās atbilstu īpašiem lietojumiem. Paredzams, ka notiekošā oglekļa šķiedras tehnoloģiju pētniecība un attīstība ļaus uzlabot to īpašības un samazināt izmaksas, padarot tās arvien populārākas dažādās nozarēs.
