Fibra De Carbono: Tecnologia De Produção De Fibra De Carbono Na Rússia, Massa E Piso Radiante Com Fibra De Carbono, Densidade E Características Da Fibra De Carbono

2024 Autor: Beatrice Philips | [email protected]. Última modificação: 2024-01-09 13:40

Saber tudo sobre fibra de carbono é muito importante para cada pessoa moderna. Compreendendo a tecnologia de produção de carbono na Rússia, a densidade e outras características da fibra de carbono, será mais fácil entender o escopo de sua aplicação e fazer a escolha certa. Além disso, deverá descobrir tudo sobre massa e pavimento radiante com fibra de carbono, sobre os fabricantes estrangeiros deste produto e sobre os vários campos de aplicação.

Peculiaridades

Os nomes fibra de carbono e fibra de carbono, e em várias fontes também fibra de carbono, são muito comuns. Mas a ideia das características reais desses materiais e das possibilidades de seu uso é bem diferente para muitas pessoas. Do ponto de vista técnico, este material é montado a partir de roscas com uma seção transversal não inferior a 5 e não superior a 15 mícrons … Quase toda a composição é feita de átomos de carbono - daí o nome. Esses próprios átomos são agrupados em cristais nítidos que formam linhas paralelas.

Este projeto oferece uma resistência à tração muito alta. A fibra de carbono não é uma invenção completamente nova . As primeiras amostras de material semelhante foram recebidas e utilizadas por Edison. Mais tarde, em meados do século XX, a fibra de carbono experimentou um renascimento - e desde então seu uso tem aumentado constantemente.

A fibra de carbono agora é feita de matérias-primas bastante diferentes - e, portanto, suas propriedades podem variar muito.

Composição e propriedades físicas

A mais importante das características da fibra de carbono continua sendo sua resistência ao calor excepcional … Mesmo que a substância seja aquecida a 1600 - 2000 graus, na ausência de oxigênio no ambiente seus parâmetros não mudarão. A densidade desse material, junto com a usual, também é linear (medida no chamado tex). Com uma densidade linear de 600 tex, a massa de 1 km de teia será de 600 G. Em muitos casos, o módulo de elasticidade do material, ou, como se costuma dizer, o módulo de Young, também é criticamente importante.

Para fibra de alta resistência, esse valor varia de 200 a 250 GPa. A fibra de carbono de alto módulo feita com base em PAN tem um módulo de elasticidade de aproximadamente 400 GPa. Para soluções de cristal líquido, este parâmetro pode variar de 400 a 700 GPa. O módulo de elasticidade é calculado com base na estimativa de seu valor quando os cristais de grafite individuais são esticados. A orientação dos planos atômicos é estabelecida usando a análise de difração de raios-X.

A tensão superficial padrão é 0,86 N / m. Ao processar o material para obter uma fibra de metal compósito, esse número sobe para 1,0 N / m . A medição pelo método de ascensão capilar ajuda a determinar o parâmetro correspondente. A temperatura de fusão das fibras com base em breu de petróleo é de 200 graus. A rotação ocorre a cerca de 250 graus; o ponto de fusão de outros tipos de fibras depende diretamente de sua composição.

A largura máxima dos panos de carbono depende dos requisitos e nuances tecnológicos. Para muitos fabricantes, é de 100 ou 125 cm. Quanto à resistência axial, será igual a:

• para produtos de alta resistência baseados em PAN de 3.000 a 3.500 MPa;
• para fibras com alongamento significativo, estritamente 4500 MPa;
• para material de alto módulo de 2.000 a 4.500 MPa.

Cálculos teóricos da estabilidade de um cristal sob uma força de tração em direção ao plano atômico da rede fornecem um valor estimado de 180 GPa. O limite prático esperado é 100 GPa. No entanto, os experimentos ainda não confirmaram a presença de um nível de mais de 20 GPa. A verdadeira resistência da fibra de carbono é limitada por seus defeitos mecânicos e as nuances do processo de fabricação. A resistência à tração de uma seção com comprimento de 1/10 mm estabelecida em estudos práticos será de 9 a 10 GPa.

A fibra de carbono T30 merece atenção especial . Este material é utilizado principalmente na produção de hastes. Esta solução distingue-se pela sua leveza e excelente equilíbrio. O índice T30 denota um módulo de elasticidade de 30 toneladas.

Processos de manufatura mais complexos permitem que você obtenha um produto do nível T35 e assim por diante.

Tecnologia de produção

A fibra de carbono pode ser feita de uma ampla variedade de tipos de polímeros. O modo de processamento determina dois tipos principais de tais materiais - tipos carbonizados e grafitados. Existe uma distinção importante entre fibra derivada de PAN e diferentes tipos de pitch. Fibras de carbono de qualidade, tanto de alta resistência quanto de alto módulo, podem ter diferentes níveis de dureza e módulo . É comum referenciá-los a marcas diferentes.

As fibras são feitas em formato de filamento ou feixe. Eles são formados de 1000 a 10000 filamentos contínuos. Também podem ser confeccionados tecidos a partir dessas fibras, como estopas (neste caso, o número de filamentos é ainda maior). A matéria-prima inicial não são apenas fibras simples, mas também pitches de cristal líquido, bem como poliacrilonitrila. O processo de produção envolve primeiro a produção das fibras originais e, em seguida, elas são aquecidas ao ar a 200 - 300 graus.

No caso do PAN, esse processo é chamado de pré-tratamento ou aumento da resistência ao fogo. Após tal procedimento, o pitch adquire uma propriedade importante como a infusibilidade. As fibras estão parcialmente oxidadas. O modo de aquecimento posterior determina se eles pertencerão ao grupo carbonizado ou grafitizado . O fim do trabalho implica dar à superfície as propriedades necessárias, após o que é acabada ou dimensionada.

A oxidação do ar aumenta a resistência ao fogo não apenas como resultado da oxidação. A contribuição é feita não apenas pela desidrogenação parcial, mas também pela reticulação intermolecular e outros processos. Além disso, a suscetibilidade do material à fusão e volatilização dos átomos de carbono é reduzida. A carbonização (na fase de alta temperatura) é acompanhada pela gaseificação e o escape de todos os átomos estranhos.

As fibras de PAN aquecidas a 200 - 300 graus na presença de ar tornam-se pretas.

Sua carbonização subsequente é realizada em um ambiente de nitrogênio a 1000 - 1500 graus. O nível ideal de aquecimento, de acordo com vários tecnólogos, é de 1.200 a 1.400 graus . A fibra de alto módulo terá que ser aquecida até cerca de 2500 graus. Na fase preliminar, o PAN recebe uma microestrutura em escada. A condensação ao nível intramolecular, acompanhada pelo aparecimento de uma substância aromática policíclica, é "responsável" pela sua ocorrência.

Quanto mais a temperatura subir, maior será a estrutura do tipo cíclico . Após o término do tratamento térmico de acordo com a tecnologia, o arranjo das moléculas ou fragmentos aromáticos é tal que os eixos principais ficarão paralelos ao eixo da fibra. A tensão impede que o grau de orientação caia. As características específicas da decomposição de PAN durante o tratamento térmico são determinadas pela concentração de monômeros enxertados. Cada tipo dessas fibras determina as condições iniciais de processamento.

O piche de petróleo cristalino líquido precisa ser mantido em temperaturas de 350 a 400 graus por um longo tempo. Este modo levará à condensação de moléculas policíclicas. Sua massa aumenta e gradativamente ocorre a colagem (com a formação de esferulitos). Se o aquecimento não para, as esferulites crescem, o peso molecular aumenta e o resultado é a formação de uma fase líquida cristalina contínua . Os cristais são ocasionalmente solúveis na quinolina, mas geralmente não se dissolvem nela e na piridina (isso depende das nuances da tecnologia).

Fibras obtidas a partir de piche de cristal líquido com 55 - 65% de cristais líquidos fluem plasticamente. A rotação é realizada a 350-400 graus. Uma estrutura altamente orientada é formada pelo aquecimento inicial em uma atmosfera de ar a 200 - 350 graus e subsequente manutenção em uma atmosfera inerte. As fibras da marca Thornel P-55 devem ser aquecidas até 2.000 graus, quanto maior o módulo de elasticidade, maior deve ser a temperatura.

Recentemente, trabalhos científicos e de engenharia estão prestando cada vez mais atenção à tecnologia de hidrogenação. A produção inicial de fibras é freqüentemente realizada por meio da hidrogenação de uma mistura de piche de alcatrão de carvão e goma naftálica. Nesse caso, a tetrahidroquinolina deve estar presente . A temperatura de processamento é de 380 - 500 graus. Os sólidos podem ser removidos por filtração e centrifugação; então os arremessos são engrossados a uma temperatura elevada. Para a produção de carbono, é necessário utilizar (dependendo da tecnologia) uma grande variedade de equipamentos:

• camadas que distribuem o vácuo;
• bombas;
• arneses de vedação;
• mesas de trabalho;
• armadilhas;
• malha condutiva;
• filmes a vácuo;
• prepregs;
• autoclaves.

Análise de mercado

Os seguintes fabricantes de fibra de carbono são líderes no mercado global:

• Thornell, Fortafil e Celion (Estados Unidos);
• Grafil e Modmore (Inglaterra);
• Kureha-Lone e Toreika (Japão);
• Indústrias Cytec;
• Hexcel;
• SGL Group;
• Indústrias Toray;
• Zoltek;
• Mitsubishi Rayon.

Hoje o carbono é produzido na Rússia:

• Planta de Chelyabinsk de carbono e materiais compostos;
• Produção de Carbono Balakovo;
• NPK Khimprominzhiniring;
• Saratov empresa "START".

Produtos e aplicativos

A fibra de carbono é usada para fazer reforço composto. Também é comum usá-lo para obter:

• tecidos bidirecionais;
• tecidos de designer;
• tecido biaxial e quadroaxial;
• tecido não tecido;
• fita unidirecional;
• prepregs;
• reforço externo;
• fibra;
• arreios.

Uma inovação bastante séria agora é piso quente infravermelho . Nesse caso, o material é utilizado como substituto do tradicional fio metálico. Pode gerar 3 vezes mais calor, além disso, o consumo de energia é reduzido em cerca de 50%. Os amantes de técnicas complexas de modelagem costumam usar tubos de carbono obtidos por enrolamento. Esses produtos também são procurados por fabricantes de automóveis e outros equipamentos. A fibra de carbono é freqüentemente usada para freios de mão, por exemplo. Além disso, com base neste material, obtenha:

• peças para modelos de aeronaves;
• capuzes inteiros;
• bicicletas;
• peças para afinar carros e motocicletas.

Os painéis de tecido de carbono são 18% mais rígidos do que o alumínio e 14% mais do que o aço estrutural … As mangas baseadas neste material são necessárias para obter tubos e tubos de seção transversal variável, produtos espirais de vários perfis. Eles também são usados para a produção e reparo de tacos de golfe. Também vale ressaltar seu uso. na produção de caixas especialmente duráveis para smartphones e outros gadgets . Esses produtos são geralmente de caráter premium e têm qualidades decorativas aprimoradas.

Já para o pó tipo grafite disperso, é necessário:

• ao receber revestimentos eletricamente condutores;
• ao liberar cola de vários tipos;
• ao reforçar moldes e algumas outras peças.

A massa de fibra de carbono é melhor do que a massa tradicional de várias maneiras. Esta combinação é apreciada por muitos especialistas por sua plasticidade e resistência mecânica. A composição é adequada para cobrir defeitos profundos. As hastes ou hastes de carbono são fortes, leves e de longa duração. Esse material é necessário para:

• aviação;
• a indústria de foguetes;
• lançamento de equipamentos esportivos.

Por pirólise de sais de ácido carboxílico, cetonas e aldeídos podem ser obtidos. As excelentes propriedades térmicas da fibra de carbono permitem que ela seja usada em aquecedores e almofadas térmicas. Esses aquecedores:

• econômico;
• de confiança;
• distinguem-se pela eficiência impressionante;
• não espalhe radiação perigosa;
• relativamente compacto;
• perfeitamente automatizado;
• operado sem problemas desnecessários;
• não espalhe ruídos estranhos.

Compósitos de carbono-carbono são usados na produção de:

• Suportes para cadinhos;
• peças cônicas para fornos de fusão a vácuo;
• peças tubulares para eles.

Outras áreas de aplicação incluem:

• facas caseiras;
• usar como válvula de pétala em motores;
• uso na construção.

Construtores modernos há muito usam este material não apenas para reforço externo. Também é necessário fortalecer casas de pedra e piscinas. A camada de reforço colada restaura as qualidades de suportes e vigas em pontes. Também é utilizado na criação de fossas sépticas e enquadramento de reservatórios naturais artificiais, no trabalho com caixão e fossa de silo.

Você também pode consertar cabos de ferramentas, consertar canos, consertar pernas de móveis, mangueiras, puxadores, estojos de equipamentos, peitoris e janelas de PVC.