Sợi carbon: thuộc tính, hình ảnh, thu được, sử dụng

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Các ngành công nghiệp tiên tiến và xây dựng gần đây đã làm chủ được nhiều công nghệ mới về cơ bản, hầu hết trong số đó đều gắn liền với các vật liệu sáng tạo. Một người dùng bình thường có thể nhận thấy biểu hiện của quá trình này trên ví dụ về vật liệu xây dựng có bao gồm vật liệu tổng hợp. Cũng trong ngành công nghiệp ô tô, các nguyên tố carbon đang được đưa vào để tăng hiệu suất của xe thể thao. Và đây không phải là tất cả các lĩnh vực mà sợi carbon được sử dụng. Cơ sở cho thành phần này là sợi carbon, hình ảnh của nó được trình bày bên dưới. Trên thực tế, tính độc đáo và khả năng phân phối tích cực của vật liệu tổng hợp thế hệ mới nằm ở chất lượng vật lý và kỹ thuật vượt trội.

Công nghệ sản xuất

Để sản xuất vật liệu, nguyên liệu thô được sử dụng ở dạng sợi tự nhiên hoặc sợi hóa học có nguồn gốc hữu cơ. Hơn nữa, do kết quả của quá trình xử lý đặc biệt, chỉ còn lại các nguyên tử cacbon từ phôi ban đầu. Lực ảnh hưởng chính là nhiệt độ. Quy trình công nghệ bao gồm việc thực hiện một số công đoạn nhiệt luyện. Ở giai đoạn đầu, cấu trúc chính bị oxy hóa trong điều kiện nhiệt độ lên đến 250 ° C. Ở phần tiếp theoỞ giai đoạn này, quá trình sản xuất sợi carbon chuyển sang quy trình carbon hóa, kết quả là vật liệu được nung nóng trong môi trường nitơ ở nhiệt độ cao lên đến 1500 ° C. Do đó, một cấu trúc giống như than chì được hình thành. Toàn bộ quy trình sản xuất được hoàn thành bằng cách xử lý cuối cùng dưới dạng graphit hóa ở 3000 ° C. Ở giai đoạn này, hàm lượng cacbon nguyên chất trong sợi đạt 99%.

Sợi carbon được sử dụng ở đâu?

Nếu trong những năm đầu tiên phổ biến vật liệu này chỉ được sử dụng trong các lĩnh vực chuyên môn hóa cao thì ngày nay đã có sự mở rộng sản xuất trong đó loại sợi hóa học này được sử dụng. Vật liệu khá dẻo và không đồng nhất về khả năng khai thác. Với khả năng cao, phạm vi của các loại sợi như vậy sẽ mở rộng, nhưng ngày nay các dạng vật liệu cơ bản được bày bán trên thị trường đã thành hình. Đặc biệt, chúng ta có thể lưu ý đến ngành xây dựng, y học, sản xuất kỹ thuật điện, thiết bị gia dụng, v.v. Đối với các lĩnh vực chuyên biệt, việc sử dụng sợi carbon vẫn phù hợp với các nhà sản xuất thiết bị máy bay, điện cực y tế và vật liệu hấp thụ radar.

Hình thức sản xuất

Trước hết, đây là những sản phẩm dệt chịu nhiệt, chúng ta có thể phân biệt được các loại vải, chỉ, hàng dệt kim, nỉ,… Một hướng công nghệ hơn là sản xuất vật liệu tổng hợp. Có lẽ đây là phân khúc rộng nhất mà sợi carbon được lấy làm cơ sở cho các sản phẩm sản xuất hàng loạt.sản xuất. Đặc biệt, đây là những vòng bi, bộ phận chịu nhiệt, các bộ phận và các yếu tố khác nhau hoạt động trong môi trường khắc nghiệt. Chủ yếu là vật liệu tổng hợp tập trung vào thị trường ô tô, tuy nhiên, ngành xây dựng cũng rất sẵn lòng xem xét các đề xuất mới từ các nhà sản xuất sợi hóa học này.

Tính chất vật liệu

Các chi tiết cụ thể của công nghệ thu được vật liệu để lại dấu ấn về hiệu suất của sợi. Do đó, độ ổn định nhiệt cao đã trở thành đặc điểm phân biệt chính của cấu trúc của các sản phẩm đó. Ngoài các hiệu ứng nhiệt, vật liệu còn có khả năng chống lại môi trường xâm thực của hóa chất. Đúng, nếu oxy có trong quá trình oxy hóa khi bị nung nóng, điều này có ảnh hưởng bất lợi đến sợi. Nhưng độ bền cơ học của sợi carbon có thể cạnh tranh với nhiều vật liệu truyền thống được coi là cứng và có khả năng chống hư hỏng. Chất lượng này đặc biệt rõ rệt trong các sản phẩm carbon. Một đặc tính khác được các nhà công nghệ yêu cầu đối với các sản phẩm khác nhau là khả năng hấp thụ. Do bề mặt hoạt động, sợi này có thể được coi là một hệ thống xúc tác hiệu quả.

Nhà sản xuất

Các công ty dẫn đầu trong phân khúc là các công ty Mỹ, Nhật Bản và Đức. Các công nghệ của Nga trong lĩnh vực này thực tế đã không phát triển trong những năm gần đây và vẫn dựa trên sự phát triển của thời kỳ Xô Viết. Đến nay, một nửaSợi được sản xuất trên thế giới được chiếm bởi các công ty Nhật Bản Mitsubishi, Kureha, Teijin và những công ty khác, phần còn lại được chia cho người Đức và người Mỹ. Ví dụ, bên Mỹ là Cytec, bên Đức sợi carbon do SGL sản xuất. Cách đây không lâu, công ty Formosa Plastics của Đài Loan lọt vào danh sách dẫn đầu trong lĩnh vực này. Đối với sản xuất trong nước, chỉ có hai công ty tham gia phát triển vật liệu tổng hợp - Argon và Khimvolokno. Đồng thời, các doanh nhân Belarus và Ukraina đã đạt được những thành tựu đáng kể trong những năm gần đây, làm chủ được các ngách mới cho việc sử dụng thương mại sợi carbon.

Tương lai của sợi carbon

Vì một số loại CFRP sẽ sớm cho phép sản xuất các sản phẩm có thể duy trì cấu trúc ban đầu của chúng trong hàng triệu năm, nhiều chuyên gia dự đoán sẽ sản xuất quá mức các sản phẩm như vậy. Mặc dù vậy, các công ty quan tâm vẫn tiếp tục chạy đua nâng cấp công nghệ. Và điều này phần lớn được chứng minh, vì các đặc tính của sợi carbon là một cấp bậc vượt trội so với các đặc tính của các vật liệu truyền thống. Chỉ cần nhớ độ bền và khả năng chịu nhiệt là đủ. Dựa trên những lợi thế này, các nhà phát triển đang tìm hiểu các lĩnh vực phát triển mới. Việc giới thiệu tài liệu, rất có thể, sẽ không chỉ bao gồm các khu vực chuyên biệt, mà còn cả các khu vực gần gũi với người tiêu dùng đại chúng. Ví dụ: các thành phần nhựa, nhôm và gỗ thông thường có thể được thay thế bằng sợi carbon, sẽ vượt qua các vật liệu thông thường về một số chất lượng hiệu suất.

Kết

Nhiều yếu tố ngăn cản việc áp dụng rộng rãi sợi nhân tạo sáng tạo. Một trong những điều đáng kể nhất là chi phí cao. Vì sợi carbon đòi hỏi phải sử dụng thiết bị công nghệ cao để sản xuất nên không phải công ty nào cũng có đủ khả năng để có được. Nhưng đây không phải là điều quan trọng nhất. Thực tế là không phải tất cả các nhà sản xuất đều quan tâm đến những thay đổi triệt để về chất lượng sản phẩm như vậy. Vì vậy, trong khi tăng độ bền của một thành phần của cơ sở hạ tầng, nhà sản xuất không phải lúc nào cũng có thể thực hiện nâng cấp tương tự cho các thành phần liền kề. Kết quả là sự mất cân bằng làm mất tác dụng của tất cả các thành tựu của công nghệ mới.