Углеродные композиты: суперматериал 21 века

Композитные материалы из углеродного волокна продвигают черные технологии 21 века. Их прочность в 5 раз превышает прочность стали, а их вес вспенен до 1/4 от веса стали! В 2020 году общемировой спрос на этот материал в аэрокосмической отрасли, железнодорожном транспорте, электронных устройствах, спортивном оборудовании и других областях достигнет 106,9 тыс. тонн, а внутренний спрос достигнет 48,9 тыс. тонн.

Углеродное волокно — это новый тип волокнистого материала с содержанием углерода более 95%. Он легкий, прочный, имеет малый коэффициент расширения, устойчив к коррозии и обладает высокой усталостной прочностью.

В качестве армирующего материала углеродное волокно смешивается со смолой, металлом, керамикой и другими матрицами для образования композитного материала на основе углеродного волокна, который стал заменой традиционным металлическим материалам в современной промышленности.

Диаметр прядей волос для косичек составляет 40–50 микрон, тогда как диаметр углеродного волокна составляет 5–10 микрон, а прочность, размер и эксплуатационные характеристики каждой пряди должны соответствовать стандарту для сохранения стабильности.

Углеродное волокно состоит из тысяч углеродных нитей. Чем больше углеродных нитей оно содержит, тем больше ширина и выше прочность. Поэтому процесс производства углеродного волокна очень деликатный, и существуют прозрачные материалы, которые могут быть использованы в качестве сырья для изготовления углеродного волокна: СПИД, коронавирус, алюминиевый сплав и вискоза.

Если взять в качестве примера наиболее распространенное йодированное винилуглеродное волокно, то процесс его приготовления в основном делится на стадию подготовки и стадию получения углеродного волокна.

Стадия прекурсора в основном включает три процесса: полимеризация, изготовление клея и прядение. Прекурсор подвергается очистке и другим процессам для получения пропилена, а затем пропилен получается путем окисления аммиака. Формальдегид получается путем реакции полимеризации, а после растворения и дегазации он получается перед коагуляцией. Размер жгута может быть определен в соответствии с выбором насадки.

Различия в технологии производства углеродного волокна на данном этапе в основном сосредоточены на этапе прядения, то есть на процессе мокрого прядения и сухоструйного мокрого прядения.

Мокрое прядение относится к методу прядения, при котором прядильный раствор непосредственно из воронки фильеры поступает в коагуляционную ванну для коагуляции и образования нити.

После того, как прядильный раствор для мокрого прядения с сухим струей выдавливается из фильеры, он сначала проходит через слой воздуха толщиной 3-10 мм, а затем попадает в распылительную ванну. Прядильный раствор образует плотный тонкий слой на поверхности слоя воздуха, чтобы предотвратить образование больших отверстий и получить больше и более прочных прекурсоров. Наконец, прядение должно быть промыто, вверх по течению и растянуто для получения прекурсоров углеродного волокна.

В углеродной нити-связке сырая нить окисляется графитом в печи окисления для получения графитовой оксидной нити. После этого она защищается азотом, а затем карбонизуется при низкой температуре и высокой температуре для получения углеродной нити. Наконец, углеродное волокно на основе ягуара получается после поверхностной обработки, калибровки и лактации.

С 2016 года глобальный общий спрос на углеродное волокно продолжает расти. В 2020 году в моей стране он достиг 48 851 тонны. Углеродное волокно диверсифицировало последующие применения. Будь то с глобальной или внутренней точки зрения, рынок в основном базируется на кронштейнах для ветроэнергетики, аэрокосмической отрасли, спорте и досуге.

Срочный спрос на ветроэнергетику возрос, что побудило к развитию крупномасштабной и легкой ветроэнергетики. Углеродное волокно устраняет преимущества высокой прочности и легкости и постепенно заменяет стекловолокно, и используется в медленных и осторожных, кромках, поверхностях лопастей и т. д.