ألياف الكربون: الخصائص ، الصورة ، الحصول ، الاستخدام

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

لقد أتقنت الصناعات المتقدمة والبناء مؤخرًا العديد من التقنيات الجديدة بشكل أساسي ، والتي يرتبط معظمها بالمواد المبتكرة. يمكن للمستخدم العادي أن يلاحظ ظهور هذه العملية في مثال مواد البناء مع تضمين المواد المركبة. في صناعة السيارات أيضًا ، يتم إدخال عناصر الكربون التي تزيد من أداء السيارات الرياضية. وهذه ليست كل المجالات التي يتم فيها استخدام ألياف الكربون. أساس هذا المكون هو ألياف الكربون ، ويتم عرض صورتها أدناه. في الواقع ، يكمن التفرد والتوزيع النشط لمركبات الجيل الجديد في الصفات التقنية والفيزيائية غير المسبوقة.

تكنولوجيا الإنتاج

لإنتاج المواد ، يتم استخدام المواد الخام في شكل ألياف طبيعية أو كيميائية من أصل عضوي. علاوة على ذلك ، نتيجة للمعالجة الخاصة ، تبقى ذرات الكربون فقط من قطعة العمل الأصلية. القوة المؤثرة الرئيسية هي درجة الحرارة. تتضمن العملية التكنولوجية تنفيذ عدة مراحل من المعالجة الحرارية. في المرحلة الأولى ، يتأكسد الهيكل الأساسي تحت ظروف درجة حرارة تصل إلى 250 درجة مئوية. على التاليفي المرحلة ، ينتقل إنتاج ألياف الكربون إلى إجراء الكربنة ، ونتيجة لذلك يتم تسخين المادة في بيئة من النيتروجين عند درجات حرارة عالية تصل إلى 1500 درجة مئوية. وهكذا ، يتم تشكيل هيكل يشبه الجرافيت. تكتمل عملية التصنيع بأكملها بمعالجة نهائية على شكل رسوم بيانية عند 3000 درجة مئوية. في هذه المرحلة يصل محتوى الكربون النقي في الألياف إلى 99٪.

أين يتم استخدام ألياف الكربون؟

إذا تم استخدام المواد في السنوات الأولى من الترويج حصريًا في مجالات عالية التخصص ، فهناك اليوم توسع في الإنتاج حيث يتم استخدام هذه الألياف الكيميائية. المادة بلاستيكية تمامًا وغير متجانسة من حيث احتمالات الاستغلال. مع وجود احتمال كبير ، سيتوسع نطاق هذه الألياف ، ولكن اليوم تبلورت الأنواع الأساسية لعرض المواد في السوق. على وجه الخصوص ، يمكننا أن نلاحظ صناعة البناء ، والطب ، وتصنيع الهندسة الكهربائية ، والأجهزة المنزلية ، وما إلى ذلك. أما بالنسبة للمجالات المتخصصة ، فإن استخدام ألياف الكربون لا يزال مناسبًا لمصنعي معدات الطائرات ، والأقطاب الكهربائية الطبية ومواد امتصاص الرادار.

أشكال الإنتاج

بادئ ذي بدء ، هذه منتجات نسيجية مقاومة للحرارة ، ومن بينها يمكننا التمييز بين الأقمشة ، والخيوط ، والتريكو ، واللباد ، وما إلى ذلك. الاتجاه الأكثر تكنولوجيًا هو تصنيع المواد المركبة. ربما يكون هذا هو أوسع جزء يتم فيه تمثيل ألياف الكربون كأساس للمنتجات للإنتاج التسلسلي.إنتاج. على وجه الخصوص ، هذه هي المحامل والوحدات المقاومة للحرارة والأجزاء والعناصر المختلفة التي تعمل في بيئات عدوانية. تركز معظم المواد المركبة على سوق السيارات ، ومع ذلك ، فإن صناعة البناء على استعداد تام أيضًا للنظر في المقترحات الجديدة من الشركات المصنعة لهذه الألياف الكيماوية.

خصائص المواد

تفاصيل تقنية الحصول على المادة تركت بصماتها على أداء الألياف. نتيجة لذلك ، أصبح الاستقرار الحراري العالي السمة المميزة الرئيسية لهيكل هذه المنتجات. بالإضافة إلى التأثيرات الحرارية ، فإن المادة أيضًا مقاومة للبيئات الكيميائية العدوانية. صحيح ، إذا كان الأكسجين موجودًا أثناء عملية الأكسدة عند تسخينه ، فإن هذا له تأثير ضار على الألياف. لكن القوة الميكانيكية لألياف الكربون يمكن أن تنافس العديد من المواد التقليدية التي تعتبر صلبة ومقاومة للضرر. تظهر هذه الجودة بشكل خاص في منتجات الكربون. خاصية أخرى مطلوبة بين تقنيي المنتجات المختلفة وهي القدرة على الامتصاص. نظرًا للسطح النشط ، يمكن اعتبار هذه الألياف كنظام تحفيزي فعال.

منتجون

الشركات الرائدة في هذا القطاع هي الشركات الأمريكية واليابانية والألمانية. لم تتطور التقنيات الروسية في هذا المجال عمليًا في السنوات الأخيرة ولا تزال تعتمد على تطورات الحقبة السوفيتية. حتى الآن ، نصفالألياف المنتجة في العالم تحسبها الشركات اليابانية Mitsubishi و Kureha و Teijin وغيرها ، والجزء الآخر مقسم بين الألمان والأمريكيين. على سبيل المثال ، الجانب الأمريكي هو Cytec ، وفي ألمانيا يتم إنتاج ألياف الكربون بواسطة SGL. منذ وقت ليس ببعيد ، دخلت شركة Formosa Plastics التايوانية في قائمة القادة في هذا المجال. بالنسبة للإنتاج المحلي ، تعمل شركتان فقط في تطوير المركبات - Argon و Khimvolokno. في الوقت نفسه ، حقق رواد الأعمال في بيلاروسيا وأوكرانيا إنجازات كبيرة في السنوات الأخيرة ، حيث أتقنوا مجالات جديدة للاستخدام التجاري لألياف الكربون.

مستقبل ألياف الكربون

نظرًا لأن بعض أنواع CFRP ستسمح قريبًا بإنتاج منتجات يمكنها الحفاظ على هيكلها الأصلي لملايين السنين ، يتوقع العديد من الخبراء إنتاجًا مفرطًا لهذه المنتجات. على الرغم من ذلك ، تواصل الشركات المهتمة السباق مع الترقيات التكنولوجية. وهذا له ما يبرره إلى حد كبير ، لأن خصائص ألياف الكربون هي مرتبة من حيث الحجم أعلى من خصائص المواد التقليدية. يكفي أن نتذكر القوة ومقاومة الحرارة. بناءً على هذه المزايا ، يستكشف المطورون مجالات جديدة للتطوير. على الأرجح ، لن يغطي إدخال المواد المجالات المتخصصة فحسب ، بل سيغطي أيضًا المناطق القريبة من المستهلك الشامل. على سبيل المثال ، يمكن استبدال عناصر البلاستيك والألمنيوم والخشب العادية بألياف الكربون ، والتي ستتفوق على المواد التقليدية في عدد من صفات الأداء.

الخلاصة

العديد من العوامل تمنع التبني الواسع النطاق للألياف المبتكرة من صنع الإنسان. واحدة من أهمها هي التكلفة العالية. نظرًا لأن ألياف الكربون تتطلب استخدام معدات عالية التقنية للتصنيع ، فلا يمكن لكل شركة تحمل تكلفة الحصول عليها. لكن هذا ليس أهم شيء. الحقيقة هي أنه ليس كل المصنعين مهتمين بمثل هذه التغييرات الجذرية في جودة المنتج. لذلك ، أثناء زيادة متانة عنصر واحد من البنية التحتية ، لا يمكن للشركة المصنعة دائمًا إجراء ترقية مماثلة على المكونات المجاورة. والنتيجة خلل يبطل كل ما حققته التقنيات الجديدة.