Miből készül a szénszál?

A gyors technológiai fejlődés ebben a korszakában a szénszálas anyagok kivételes tulajdonságaik miatt számos területen kedvencekké váltak. Az olyan előnyökkel, mint a nagy szilárdság, a nagy modulus, az alacsony sűrűség és a korrózióállóság, széles körben használják a repülőgépiparban, az autóipari gyártásban, a sporteszközökben és még sok másban. Szóval, hogyan készül a szénszálak? Fedezzük fel a szénszálak eredetét, fejlesztését, gyártási módszereit és alkalmazását.

A szénszálak története a 19. század végén nyúlik vissza. 1860 -ban Joseph Swan brit tudós feltalálta a szénszálat, miközben szálakat fejlesztett ki az izzók számára. A szénszál teljesítménye akkoriban azonban messze nem volt ideális, korlátozva annak széles körű felhasználását. Csak a 20. század közepén, a repülőgép-technológia gyors fejlődésével és a nagy teljesítményű anyagok iránti növekvő igényekkel kezdte a figyelmet fordítani kiemelkedő tulajdonságaira. 1959-ben Akio Shindo, a japán Oszaka Ipari Kutatóintézet, kifejlesztett egy módszert a szénszál előállítására, amely a PolyaCrilonitril (PAN) felhasználásával nyeri anyagként, és megalapozta a nagyszabású szénszálas előállítás alapját. Azóta a szénszálas technológia tovább halad, teljesítménye folyamatosan javul.

A repülőgépiparban a szénszálas kompozitok fokozatosan helyettesítették a hagyományos fémeket, és a repülőgépek, műholdak és más űrhajó kritikus szerkezeti anyagává váltak. Az autóipari gyártás során a szénszálat egyre inkább használják a jármű súlyának csökkentésére, az üzemanyag -hatékonyság javítására, valamint a biztonság és a kényelem fokozására. A sporteszközökben a szénszál szinonimává vált a csúcskategóriás termékek, például a golfklubok, kerékpárok és teniszütők szinonimájává.

A szénszál egy olyan szervetlen rost, amely elsősorban szénatomokból (több mint 90%) áll, szén gerincszerkezetben. A szerves szálak, például a poliakrilonitril (PAN), a hangmagasság vagy a mennyiségű, magas hőmérsékleten történő pirolízissel és karbonizálással alakul ki. Az alábbiakban egy részletes bevezetés:

PAN-alapú szénszál:
A poliakrilonitrilt használva nyersanyagként polimerizáción megy keresztül, hogy poliakrilonitrilt képezzen, amelyet egy fonási folyamat révén a serpenyőszálakba forgatnak. A szálakat ezután előzetesen oxidáljuk a levegőben 200–300 ° C-ra történő melegítéssel, ciklizációs és oxidációs reakciókat okozva, amelyek hőálló létra-szerű szerkezetet hoznak létre. Ezután a szálak inert atmoszférában karbonizáción mennek keresztül 1000–2000 ° C-on, és eltávolítják a nem szén-dioxid-atomokat, hogy szénszálat képezzenek. A nagy teljesítményű szénszálakhoz további grafitizációs eljárást alkalmaznak, amely a szénsavas szálakat 2500–3000 ° C-ra melegíti egy inert légkörben, hogy finomítsa a kristályszerkezetet és fokozza a rost modulusát.

Hangmagasság-alapú szénszál:
A kőolaj vagy a szénmagasság nyersanyagként történő felhasználásával a pályát először finomítják a szennyeződések eltávolítása és a lágyulási pont és a viszkozitás növelése érdekében. Ezt követően a pikkelys szálakba forogják olvadékfutással vagy oldat fonással. A szálak stabilizáláson (vagy "infúziós") haladnak át a levegőben 200–400 ° C-ra történő melegítéssel, és kis molekulákban térhálósítási reakciókat váltanak ki, hogy hőálló szerkezetet képezzenek. Végül, a szálak inert atmoszférában 1000–2000 ° C-on karbonizálódnak, és eltávolítják a nem szénsavasokat szénszál előállításához.