Све о угљеничним влакнима и како је направљено

Такође се назива графитна влакна или карбонски графит угљенично влакно састоји се од врло танких нити елемента угљеника. Ова влакна имају високу влачну чврстоћу и изузетно су јака за своју величину. У ствари, један облик угљеничних влакана - тхе угљеник наноцевица— Сматра се најјачим доступним материјалом. Угљенично влакно апликације укључују изградњу, инжењеринг, ваздухопловство, возила високих перформанси, спортску опрему и музичке инструменте. У области енергије, карбонска влакна се користе у производњи лопатица за ветрењачу, складиштења природног гаса и горивних ћелија за транспорт. У ваздухопловној индустрији има примену у војним и комерцијалним летелицама, као и у беспилотним летелицама. За истраживање нафте користи се у изради платформи и цеви за дубоко бушење.

Брзе чињенице: Статистика карбонских влакана

Угљенска влакна се праве од органских полимера, који се састоје од дугих низова молекула које заједно држе атоми угљеника. Већина карбонских влакана (око 90%) се производи из процеса полиакрилонитрила (ПАН). Мала количина (око 10%) производи се из рајона или процеса накупљања нафте.

Гасови, течности и други материјали који се користе у процесу производње стварају специфичне ефекте, квалитете и разреде угљеничних влакана. Произвођачи карбонских влакана користе власничке формуле и комбинације сировина за материјале које производе и уопште, ове специфичне формулације третирају као пословне тајне.

Карбонска влакна највишег степена са најефикаснијим модулом (константа или коефицијент који се користи за изражавање нумеричког степена за која супстанца поседује одређено својство, попут својства еластичности) користи се у захтевним применама као што су аероспаце.

Стварање угљеничних влакана укључује и хемијске и механичке процесе. Сировине, познате као прекурсори, увлаче се у дуге нити, а затим се загревају на високе температуре у анаеробном (без кисеоника) окружењу. Уместо да гори, екстремна топлота узрокује да атоми влакана вибрирају тако снажно да се готово сви атоми без угљеника избацују.

Након завршетка процеса карбонизације, преостала влакна се састоје од дугих, добро везаних ланаца атома угљеника са мало или без атома угљеника. Та влакна су након тога уткана у тканину или комбинована са другим материјалима који се затим намотавају или обликују у жељене облике и величине.

Следећих пет сегмената је типично за ПАН поступак производње угљеничних влакана:

1. Спиннинг. ПАН се меша са осталим састојцима и претвара у влакна, која се потом оперу и развлаче.
2. Стабилизовање. Влакна су подвргнута хемијским променама ради стабилизације везивања.
3. Карбонизирање. Стабилизована влакна се загревају на веома високу температуру формирајући чврсто повезане кристале угљеника.
4. Обрада површине. Површина влакана је оксидована да побољша својства везивања.
5. Величине Влакна се премазују и намотавају на калупе, који се постављају на машине за предење који влакна увијају у различите пређе. Уместо да буде уткана у тканине, влакна се такође могу формирати у композитни материјали, користећи топлоту, притисак или вакуум за везање влакана заједно са пластичним полимером.

Угљеничне наноцјевчице се производе различитим поступком од стандардних карбонских влакана. Процјењује се да је 20 пута јачи од својих претходника, наноцјевчице се кова у пећима која користе ласере за испаравање честица угљеника.

Производња угљених влакана носи низ изазова, укључујући:

• Потреба за економичнијим опоравком и поправком
• Неодрживи трошкови производње за неке примене: На пример, иако је нова технологија у развоју због Забрањени трошкови, употреба угљеничних влакана у аутомобилској индустрији тренутно је ограничена на високе перформансе и луксуз возила.
• Процес површинске обраде мора бити пажљиво регулисан да се избегне стварање јама који резултирају неисправним влакнима.
• Потребна је строга контрола да би се осигурао доследан квалитет
• Питања здравља и безбедности, укључујући иритацију коже и дисања
• Арцинг и кратке хлаче у електричној опреми због јаке електропроводљивости угљеничних влакана

Како се технологија карбонских влакана и даље развија, могућности за карбонска влакна само ће се диверзификовати и повећавати. На Технолошком институту у Масачусетсу, неколико студија које се фокусирају на карбонска влакна већ показују велико обећање за стварање нове производне технологије и дизајна у сусрет индустрији у настајању потражња.

Ванредни професор за машинско инжењерство Јохн Харт, пионир наноцеви, сарађује са својим студентима на трансформацији технологија за производњу, укључујући преглед нових материјала који ће се користити у комбинацији са 3Д штампачима комерцијалног квалитета. "Замолио сам их да потпуно размисле о трачницама; ако би могли замислити тродимензионални штампач који никада није направљен или корисни материјал који се не може штампати помоћу тренутних штампача ", објаснио је Харт.

Резултати су били прототипови машина које су штампале растаљено стакло, сладолед од меког сервирања - и композите од угљеничних влакана. Према Харту, студентски тимови су такође направили машине које су могле да рукују „паралелним екструдирањем полимера велике површине“ и врше „ин ситу оптичко скенирање“ процеса штампања.

Поред тога, Харт је сарађивао са ванредним професором МИТ-а Мирцеом Динцом на недавно закљученој трогодишњој сарадњи са Аутомобили Ламборгхини истражити могућности нових карбонских влакана и композитних материјала који једног дана могу не само „омогућити да се целокупни каросерија аутомобила користи као систем батерија ", али доводе до" лакших, јачих тела, ефикаснијих каталитичких претварача, тањих боја и побољшаног преноса топлоте на електрични погон [укупно]. "

Са тако запањујућим пробојима на хоризонту, није чудо да се предвиђа да тржиште угљен-влакана порасте са 4,7 долара милијарду у 2019. години на 13,3 милијарде долара до 2029. године, са сложеном годишњом стопом раста (ЦАГР) од 11,0% (или нешто више) у истом периоду време.

• МцЦоннелл, Вицки. "Израда карбонских влакана." ЦомпоситеВорлд. 19. децембра 2008
• Схерман, Дон. "Беионд Царбон Фибер: Сљедећи пробојни материјал је 20 пута јачи." Аутомобил и возач. 18. марта 2015
• Рандалл, Даниелле. “Истраживачи МИТ-а сарађују са Ламборгхини-јем у развоју електричног аутомобила будућности. " МИТМЕЦХЕ / У вестима: Одељење за хемију. 16. новембар 2017
• „Тржиште угљених влакана по сировинама (ПАН, Питцх, Раион), Врста влакана (Дјевица, Рециклирано), Тип производа, Модул, Примена (Композитна, некомкомпозитна), индустрија крајње употребе (истраживање и развој, аутомобилска индустрија, енергија ветра) и регион - глобална прогноза до 2029. " МаркетсандМаркетс ™. Септембар 2019