Karbon Elyaf ve Nasıl Yapıldığı Hakkında Her Şey

Grafit fiber veya karbon grafit olarak da adlandırılır, karbon fiber karbon elementinin çok ince tellerinden oluşur. Bu lifler yüksek gerilme mukavemetine sahiptir ve boyutları için son derece güçlüdür. Aslında, bir tür karbon fiber - Karbon nanotüp- mevcut en güçlü malzeme olarak kabul edilir. Karbon fiber uygulamaları inşaat, mühendislik, havacılık, yüksek performanslı araçlar, spor malzemeleri ve müzik enstrümanlarını içerir. Enerji alanında, karbon fiber, yel değirmeni bıçakları, doğal gaz depolama ve nakliye için yakıt hücrelerinin üretiminde kullanılır. Uçak endüstrisinde, hem askeri hem de ticari uçaklarda ve insansız hava araçlarında uygulamaları vardır. Petrol arama için derin su sondaj platformları ve borularının imalatında kullanılır.

Kısa Bilgiler: Karbon Fiber İstatistikleri

Karbon fiber, karbon atomları tarafından bir arada tutulan uzun molekül dizilerinden oluşan organik polimerlerden yapılır. Çoğu karbon fiber (yaklaşık% 90) poliakrilonitril (PAN) işleminden yapılır. Rayon veya petrol zift işleminden az miktarda (yaklaşık% 10) üretilir.

Üretim sürecinde kullanılan gazlar, sıvılar ve diğer malzemeler, karbon fiber için belirli etkiler, nitelikler ve kaliteler oluşturur. Karbon fiber üreticileri ürettikleri malzemeler için özel formüller ve hammadde kombinasyonları kullanırlar ve genel olarak bu spesifik formülasyonları ticari sır olarak ele alırlar.

En verimli modüllü en yüksek dereceli karbon fiber (sayısal bir derecesi ifade etmek için kullanılan bir sabit veya katsayı bir maddenin esneklik gibi belirli bir özelliğe sahip olduğu) özellikleri gibi zorlu uygulamalarda kullanılır. havacılık.

Karbon fiber oluşturmak hem kimyasal hem de mekanik süreçleri içerir. Öncü olarak bilinen hammaddeler uzun tellere çekilir ve daha sonra anaerobik (oksijensiz) bir ortamda yüksek sıcaklıklara ısıtılır. Aşırı ısı, yanmak yerine, fiber atomlarının o kadar şiddetli titreşmesine neden olur ki neredeyse tüm karbon olmayan atomlar atılır.

Karbonizasyon işlemi tamamlandıktan sonra, geri kalan elyaf, az sayıda karbon atomu olmayan ya da hiç karbon kalmamış uzun, sıkıca kilitlenmiş karbon atom zincirlerinden oluşur. Bu elyaflar daha sonra kumaşa dokunur veya daha sonra filament olarak sarılır veya istenen şekil ve boyutlarda kalıplanır.

Aşağıdaki beş segment, karbon fiber üretimi için PAN işleminde tipiktir:

1. Spinning. PAN, diğer bileşenlerle karıştırılır ve daha sonra yıkanır ve gerilir.
2. Stabilize. Lifler, bağlanmayı stabilize etmek için kimyasal değişikliklere uğrar.
3. karbonizasyon. Stabilize edilmiş fiberler, sıkıca bağlanmış karbon kristalleri oluşturacak şekilde çok yüksek sıcaklığa ısıtılır.
4. Yüzey İşlemleri. Liflerin yüzeyi, yapışma özelliklerini geliştirmek için oksitlenir.
5. Boyutlandırma. Elyaflar, elyafları farklı boyuttaki ipliklere büken eğirme makinelerine yüklenen bobinler üzerine kaplanır ve sarılır. Olmaktansa kumaşlara dokunmuş, lifler de oluşturulabilir karma Plastik bir polimerle elyafları bağlamak için ısı, basınç veya vakum kullanan malzemeler.

Karbon nanotüpleri standart karbon fiberlerden farklı bir işlemle üretilir. Öncüllerinden 20 kat daha güçlü olduğu tahmin edilen nanotüpler, karbon partiküllerini buharlaştırmak için lazer kullanan fırınlarda dövülür.

Karbon fiberlerin üretimi, aşağıdakiler de dahil olmak üzere bir dizi zorluk taşır:

• Daha uygun maliyetli kurtarma ve onarım ihtiyacı
• Bazı uygulamalar için sürdürülemez üretim maliyetleri: Örneğin, yeni teknoloji geliştirilme aşamasında olmasına rağmen, engelleyici maliyetler, otomobil endüstrisinde karbon fiber kullanımı şu anda yüksek performans ve lüks ile sınırlıdır Araçlar.
• Yüzey işleme işlemi, kusurlu liflerle sonuçlanan çukurların oluşmasını önlemek için dikkatle düzenlenmelidir.
• Tutarlı kaliteyi sağlamak için yakın kontrol gereklidir
• Cilt ve solunum tahrişi dahil sağlık ve güvenlik sorunları
• Karbon fiberlerin güçlü elektro-iletkenliği nedeniyle elektrikli ekipmanlarda ark ve şort

Karbon fiber teknolojisi gelişmeye devam ettikçe, karbon fiber olanakları sadece çeşitlenecek ve artacaktır. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde, karbon fibere odaklanan birkaç çalışma zaten bir gelişmekte olan sanayi karşılamak için yeni üretim teknolojisi ve tasarım oluşturmak için büyük bir vaat talep ediyoruz.

MIT Makine Mühendisliği Doçenti Nanotüp öncüsü John Hart, öğrencileri ile birlikte ticari sınıf 3D yazıcılarla birlikte kullanılacak yeni malzemelere bakmak da dahil olmak üzere üretim teknolojisi. "Onlardan raylardan tamamen düşünmelerini istedim; daha önce hiç yapılmayan bir 3-D yazıcıyı ya da mevcut yazıcılar kullanılarak basılamayan yararlı bir materyali düşünebilselerdi, "diye açıkladı Hart.

Sonuçlar, erimiş cam, yumuşak servis dondurma ve karbon fiber kompozit baskı yapan prototip makinelerdi. Hart'a göre, öğrenci ekipleri ayrıca “polimerlerin geniş alanlı paralel ekstrüzyonunu” ve baskı sürecinin “yerinde optik taramasını” gerçekleştirebilen makineler yarattı.

Ayrıca, Hart MIT Kimya Profesörü Mircea Dinca ile yakın zamanda Automobili Lamborghini ile üç yıllık bir işbirliği üzerinde çalıştı. bir gün sadece otomobilin tüm gövdesinin bir araç olarak kullanılmasını mümkün kılacak yeni karbon fiber ve kompozit malzemelerin olanaklarını araştırmak daha hafif, daha güçlü gövdeler, daha verimli katalitik konvertörler, daha ince boya ve gelişmiş güç aktarma sistemi ısı transferi [genel].

Ufukta bu kadar çarpıcı atılımlarla, karbon fiber pazarının 4,7 dolardan büyümesi öngörülüyor milyar yıllık büyüme oranı (CAGR), aynı dönemde% 11,0 (veya biraz daha yüksek) olarak 2029 yılına kadar 2019'da 13,3 milyar dolara ulaştı. saati.

• McConnell, Vicki. "Karbon Elyaf Yapımı." CompositeWorld. 19 Aralık 2008
• Sherman, Don. "Karbon Elyafın Ötesinde: Bir Sonraki Atılım Malzemesi 20 Kat Daha Güçlüdür." Araba ve Sürücü. 18 Mart 2015
• Randall, Danielle. “MIT araştırmacıları geleceğin elektrikli otomobili geliştirmek için Lamborghini ile işbirliği yapıyor.” MITMECHE / Haberlerde: Kimya Bölümü. 16 Kasım 2017
• "Hammaddeye Göre Karbon Elyaf Pazarı (PAN, Pitch, Rayon), Elyaf Tipi (Virgin, Geri Dönüşümlü), Ürün Tipi, Modül, Uygulama (Kompozit, Kompozit Olmayan), Son Kullanım Endüstrisi (A & D, Otomotiv, Rüzgar Enerjisi) ve Bölge — 2029'a kadar Küresel Tahmin. " MarketsandMarkets ™. Eylül 2019