Compuestos de fibra de carbono: el supermaterial del siglo XXI

Los materiales compuestos de fibra de carbono promueven la tecnología negra del siglo XXI. ¡Su resistencia es 5 veces mayor que la del acero, mientras que su peso en espuma es 1/4 del del acero! En 2020, la demanda total mundial de este material en los sectores aeroespacial, ferroviario, de dispositivos electrónicos, de equipamiento deportivo y otros alcanzó las 106,9 mil toneladas, y la demanda interna alcanzó las 48,9 mil toneladas.

La fibra de carbono es un nuevo tipo de material de fibra con un contenido de carbono de más de 95%. Es ligero, fuerte, tiene un coeficiente de expansión pequeño, es resistente a la corrosión y tiene una fuerte resistencia a la fatiga.

Como material de refuerzo, la fibra de carbono se combina con resina, metal, cerámica y otras matrices para formar un material compuesto de fibra de carbono, que se ha convertido en un sustituto de los materiales metálicos tradicionales en la industria moderna.

El diámetro de las hebras de cabello trenzado es de 40 a 50 micrones, mientras que el diámetro de la fibra de carbono es de 5 a 10 micrones, y la resistencia, el tamaño y el rendimiento de cada hebra deben cumplir con el estándar para mantener la estabilidad.

La fibra de carbono está compuesta por miles de filamentos de carbono. Cuantos más filamentos de carbono contenga, mayor será su anchura y mayor su resistencia. Por tanto, el proceso de producción de la fibra de carbono es muy delicado y existen materiales transparentes que se pueden utilizar como materia prima para la fabricación de fibra de carbono: SIDA, coronavirus, aleación de aluminio y viscosa.

Tomando como ejemplo la fibra de carbono de vinilo yodada más común, su proceso de preparación se divide principalmente en la etapa precursora y la etapa de fibra de carbono.

La etapa de precursor incluye principalmente tres procesos: polimerización, fabricación de pegamento e hilado. El precursor se somete a refinación y otros procesos para obtener propileno, y luego se obtiene propileno mediante oxidación de amoniaco. El formaldehído se obtiene mediante reacción de polimerización y, después de la disolución y desgasificación, se obtiene antes de la coagulación. El tamaño de la estopa se puede determinar de acuerdo con la selección de la boquilla.

Las diferencias de proceso de la fibra de carbono en esta etapa se concentran principalmente en la etapa de hilado, es decir, el proceso de hilado húmedo y el hilado húmedo con chorro seco.

El hilado húmedo se refiere al método de hilado en el que la solución de hilado ingresa directamente al baño de coagulación desde el vórtice de la hilera para coagularse y formar un filamento.

Después de que la solución de hilado por pulverización de chorro seco se extrae de la hilera, primero pasa a través de una capa de aire de 3 a 10 mm y luego ingresa al baño de pulverización. La solución de hilado forma una capa delgada y densa en la superficie de la capa de aire para evitar la formación de grandes agujeros y obtener precursores más numerosos y de alta resistencia. Finalmente, el hilado debe lavarse, contracorriente y estirarse para obtener precursores de fibra de carbono.

En el enlace de filamento de carbono, el filamento crudo se oxida con grafito en un horno de oxidación para obtener filamento de óxido de grafito. Después de eso, se protege con nitrógeno y luego se carboniza a baja temperatura y alta temperatura para obtener filamento de carbono. Finalmente, la fibra de carbono a base de jaguar se obtiene después del tratamiento de superficie, el encolado y la lactación.

Desde 2016, la demanda total mundial de fibra de carbono ha seguido creciendo. Mi país alcanzó las 48.851 toneladas en 2020. La fibra de carbono tiene aplicaciones diversificadas. Ya sea desde una perspectiva global o nacional, el mercado se basa principalmente en los sectores de la energía eólica, la aeroespacial y los deportes y el ocio.

La demanda urgente de generación de energía eólica ha aumentado, lo que ha impulsado el desarrollo de la generación de energía eólica a gran escala y liviana. La fibra de carbono elimina las ventajas de alta resistencia y ligereza, y reemplaza gradualmente a la fibra de vidrio, y se utiliza en cortes lentos y cautelosos, bordes, superficies de palas, etc.