Oglekļa šķiedra ir neorganisks polimēru šķiedras materiāls ar oglekļa saturu virs 90%, kam ir augsta izturība un augsts modulis. Šeit ir detalizēts ievads par to:
Pamatīpašības
- Viegls un augsta izturība: blīvums ir tikai 1/4 tērauda un 3/5 alumīnija, bet tā stiprība ir 7-9 reizes lielāka nekā tēraudam un 4 reizes lielāka nekā alumīnija sakausējumam. Īpašā izturība un modulis ir vieni no labākajiem inženiertehniskajos materiālos.
- Augstas temperatūras izturība: tas var izturēt 2000 grādu temperatūru inertā vidē, kas ir daudz augstāks nekā tērauds (kas kūst 1500 grādu temperatūrā) un stikls (kas mīkstina 600 grādu temperatūrā).
- Izturība pret koroziju: tai ir laba izturība pret skābēm, sārmiem un organiskajiem šķīdinātājiem, un tā nav pakļauta novecošanai vai nodilumam.
- Anizotropija: stiprība un modulis ir ārkārtīgi augsti šķiedru ass virzienā, savukārt radiālā izturība ir salīdzinoši vāja. Jāizvairās no radiālā spēka.
Struktūra un sastāvs
To veido loksnes{0}}kā grafīta mikrokristāli sakraujot gar šķiedras asi, veidojot mikrokristāliska grafīta struktūru. Oglekļa atomi ir cieši savienoti, izmantojot kovalentās saites, ar augstu saites enerģiju, nodrošinot tai augstu izturību un stabilitāti.
Klasifikācija un pielietojums
- Pēc pavedienu skaita: tas ir sadalīts mazos pavedienos (24k robežās) un lielos pavedienos (virs 48k). Mazajiem pavedieniem ir labāka veiktspēja, un tos izmanto kosmosa jomā; lielajiem pavedieniem ir zemākas izmaksas, un tos plaši izmanto tādās jomās kā automobiļi un sporta preces.
- Pēc pielietojuma: to var iedalīt kosmosa pakāpē (augsta izturība un augsts modulis) un rūpnieciskajā kategorijā (vispārējais tips). Pirmo izmanto valsts aizsardzības un militārajā rūpniecībā, bet otro izmanto civilajā rūpniecībā.
- Tipiski pielietojumi: aviācija (piemēram, lidmašīnu fizelāža, raķešu komponenti), automobiļu ražošana (automašīnu virsbūvju atvieglošana), sporta aprīkojums (velosipēdi, raketes), jauna enerģija (vēja enerģijas ražošanas lāpstiņas) utt.
Sagatavošanas process
Izmantojot poliakrilnitrila (PAN) šķiedras kā izejmateriālu, tas tiek apstrādāts ar iepriekšēju-oksidāciju, karbonizāciju un grafitizāciju augstas-temperatūras apstākļos. Process ir sarežģīts un prasa stingru temperatūras un atmosfēras kontroli, lai nodrošinātu šķiedru veiktspēju.
Priekšrocības un ierobežojumi
- Priekšrocības: viegls, augsta izturība, izturība pret augstu temperatūru, izturība pret koroziju. Tas ir ideāls materiāls, lai panāktu "svara samazināšanu, nezaudējot kvalitāti" transporta transportlīdzekļos.
- Ierobežojumi: Augstas ražošanas izmaksas, kurām ir nosliece uz lūzumiem, ja to lieto tieši, parasti ir nepieciešams savienojums ar sveķiem, metāliem utt., lai to izmantotu kā kompozītmateriālu.
Oglekļa šķiedra ir pazīstama kā "jauno materiālu karalis" un "melnais zelts". Tam ir neaizstājama vieta-augstākās klases ražošanas jomā. Nākotnē līdz ar tehnoloģisko progresu un izmaksu samazināšanos tā pielietojuma joma paplašināsies.
