Uhlíkové vlákno: vlastnosti, fotografie, získávání, použití

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Pokročilá průmyslová odvětví a stavebnictví si v poslední době osvojily mnoho zásadně nových technologií, z nichž většina je spojena s inovativními materiály. Běžný uživatel si mohl všimnout projevu tohoto procesu na příkladu stavebních materiálů se zařazením kompozitů. Také v automobilovém průmyslu se zavádějí karbonové prvky, které zvyšují výkon sportovních vozů. A to nejsou všechny oblasti, ve kterých se uhlíková vlákna používají. Základem této komponenty jsou uhlíková vlákna, jejichž fotografie je uvedena níže. Jedinečnost a aktivní distribuce kompozitů nové generace spočívá ve skutečnosti v nepřekonatelných technických a fyzikálních kvalitách.

Výrobní technologie

Pro výrobu materiálu se používají suroviny ve formě přírodních nebo chemických vláken organického původu. Dále, v důsledku speciálního zpracování, z původního obrobku zůstanou pouze atomy uhlíku. Hlavní ovlivňující silou je teplota. Technologický proces zahrnuje provedení několika stupňů tepelného zpracování. V první fázi dochází k oxidaci primární struktury za teplotních podmínek do 250 °C. Na dalšíVe fázi přechází výroba uhlíkových vláken do procesu karbonizace, v důsledku čehož je materiál zahříván v dusíkovém prostředí při vysokých teplotách až 1500 °C. Vznikne tak struktura podobná grafitu. Celý výrobní proces je zakončen finální úpravou v podobě grafitizace při 3000 °C. V této fázi dosahuje obsah čistého uhlíku ve vláknech 99 %.

Kde se používá uhlíková vlákna?

Pokud se v prvních letech popularizace materiál používal výhradně ve vysoce specializovaných oblastech, dnes dochází k rozšíření výroby, ve které se toto chemické vlákno používá. Materiál je značně plastický a heterogenní z hlediska možností využití. S vysokou pravděpodobností se rozsah takových vláken rozšíří, ale dnes se formovaly základní typy prezentace materiálu na trhu. Zejména můžeme zaznamenat stavebnictví, lékařství, výrobu elektrotechniky, domácích spotřebičů atd. Co se specializovaných oblastí týče, je použití uhlíkových vláken stále aktuální pro výrobce letecké techniky, lékařských elektrod a materiálů pohlcujících radary.

Formy výroby

Především se jedná o žáruvzdorné textilní výrobky, mezi kterými můžeme rozlišit tkaniny, nitě, pleteniny, plsť atd. Technologičtějším směrem je výroba kompozitů. Možná se jedná o nejširší segment, ve kterém jsou uhlíková vlákna zastoupena jako základ pro produkty pro sériovou výrobu. Výroba. Zejména se jedná o ložiska, tepelně odolné jednotky, díly a různé prvky, které pracují v agresivním prostředí. Převážně kompozity jsou zaměřeny na automobilový trh, nicméně stavební průmysl je také docela ochotný zvažovat nové návrhy výrobců tohoto chemického vlákna.

Vlastnosti materiálu

Specifika technologie získávání materiálu se podepsala na výkonu vláken. V důsledku toho se vysoká tepelná stabilita stala hlavním rozlišovacím znakem struktury takových výrobků. Kromě tepelných vlivů je materiál odolný i vůči chemicky agresivnímu prostředí. Je pravda, že pokud je kyslík přítomen během oxidačního procesu při zahřívání, má to škodlivý účinek na vlákna. Ale mechanická pevnost uhlíkových vláken může konkurovat mnoha tradičním materiálům, které jsou považovány za tvrdé a odolné vůči poškození. Tato kvalita je zvláště výrazná u karbonových produktů. Další vlastností, která je mezi technology různých produktů žádaná, je schopnost absorpce. Díky aktivnímu povrchu lze toto vlákno považovat za účinný katalytický systém.

Producenti

Vůdci v segmentu jsou americké, japonské a německé společnosti. Ruské technologie se v této oblasti v posledních letech prakticky nerozvinuly a stále vycházejí z vývoje sovětské éry. K dnešnímu dni polovinaVlákna vyráběná ve světě mají na svědomí japonské firmy Mitsubishi, Kureha, Teijin aj. Další část si rozdělují Němci a Američané. Například americká strana je Cytec a v Německu vyrábí uhlíková vlákna SGL. Není to tak dávno, co se na seznam lídrů v této oblasti zapsala tchajwanská společnost Formosa Plastics. Pokud jde o domácí výrobu, vývojem kompozitů se zabývají pouze dvě společnosti - Argon a Khimvolokno. Zároveň běloruští a ukrajinští podnikatelé dosáhli v posledních letech významných úspěchů, když zvládli nové výklenky pro komerční využití uhlíkových vláken.

Budoucnost uhlíkových vláken

Vzhledem k tomu, že některé typy CFRP brzy umožní výrobu produktů, které si mohou zachovat svou původní strukturu po miliony let, mnozí odborníci předpovídají nadprodukci takových produktů. Navzdory tomu zainteresované společnosti nadále závodí s technologickými upgrady. A to je do značné míry oprávněné, protože vlastnosti uhlíkových vláken jsou řádově lepší než vlastnosti tradičních materiálů. Stačí si pamatovat pevnost a tepelnou odolnost. Na základě těchto výhod vývojáři zkoumají nové oblasti vývoje. Zavedení materiálu se s největší pravděpodobností bude týkat nejen specializovaných oblastí, ale také oblastí blízkých masovému spotřebiteli. Například běžné plastové, hliníkové a dřevěné prvky lze nahradit uhlíkovými vlákny, které v řadě výkonových kvalit předčí běžné materiály.

Závěr

Mnoho faktorů brání širokému přijetí inovativních umělých vláken. Jedním z nejvýznamnějších jsou vysoké náklady. Vzhledem k tomu, že uhlíkové vlákno vyžaduje použití high-tech zařízení pro výrobu, ne každá společnost si může dovolit je získat. To ale není to nejdůležitější. Faktem je, že ne všichni výrobci mají zájem o tak radikální změny v kvalitě produktu. Takže při zvýšení odolnosti jednoho prvku infrastruktury nemůže výrobce vždy provést podobný upgrade na sousedních komponentách. Výsledkem je nerovnováha, která ruší všechny úspěchy nových technologií.