关于碳纤维

了解有关碳纤维的一切对每个现代人来说都非常重要。了解俄罗斯的碳素生产技术、碳素织物的密度等特性，将更容易了解其应用范围并做出正确选择。此外，您应该了解有关腻子和碳纤维地板采暖的所有信息，有关该产品的外国制造商以及各种应用的信息。

碳纤维和碳的名称以及在许多来源中碳纤维也很常见。但是这些材料的实际特性以及它们对许多人的使用可能性的想法是完全不同的。从技术角度来看， 这种材料由横截面至少为 5 且不超过 15 微米的螺纹组装而成.几乎整个成分都由碳原子构成——因此得名。这些原子本身被组合成清晰的晶体，形成平行线。

这种设计提供了非常高的抗拉力。 碳纤维并不是一个全新的发明。 爱迪生收到并使用了第一批类似材料的样品。后来，在 20 世纪中叶，碳纤维经历了复兴——从那时起，它的使用量稳步增加。

碳纤维最大的特点是它 卓越的耐热性.即使物质被加热到1600-2000度，那么在环境中没有氧气的情况下，它的参数也不会改变。这种材料的密度与通常的一样，也可以是线性的（以所谓的特克斯测量）。线密度为 600 tex 时，1 公里织物的质量为 600 g。在许多情况下，材料的弹性模量，或者如他们所说的杨氏模量，在许多情况下是至关重要的。

对于高强度纤维，该指标范围为 200 至 250 GPa。由 PAN 制成的高模量碳纤维的弹性模量约为 400 GPa。对于液晶溶液，此参数可以在 400 到 700 GPa 之间变化。弹性模量是根据拉伸单个石墨晶体时对其值的评价来计算的。使用 X 射线衍射分析确定原子平面的取向。

默认表面张力为 0.86 N/m。当加工该材料以获得金属复合纤维时，该指标上升到1.0 N/m。 通过毛细上升法测量有助于确定合适的参数。基于石油沥青的纤维的熔化温度为 200 度。旋转发生在大约 250 度；其他类型纤维的熔点直接取决于它们的成分。

碳纤维网的最大宽度取决于技术要求和细微差别。对于许多制造商来说，它是 100 或 125 厘米。 至于轴向强度，它将等于：

• 用于 3000 至 3500 MPa 的基于 PAN 的高强度产品；
• 对于具有显着伸长率的纤维，严格要求 4500 MPa；
• 适用于 2000 至 4500 MPa 的高模量材料。

在朝向晶格原子平面的拉力下晶体稳定性的理论计算给出了 180 GPa 的估计值。预期的实际限制为 100 GPa。然而，实验尚未证实存在高于 20 GPa 的水平。碳纤维的真正强度受限于其机械缺陷和制造过程的细微差别。在实际研究中确定的 1/10 毫米长截面的抗拉强度为 9 到 10 GPa。

T30碳纤维值得特别关注。 这种材料主要用于制造棒材。该解决方案重量轻且平衡性极佳。 T30 指数表示弹性模量为 30 吨。

碳纤维可以从多种聚合物类型中获得。加工模式定义了此类材料的两个主要品种 - 碳化和石墨化类型。从 PAN 获得的纤维与从各种类型的沥青获得的纤维之间存在重要差异。 高强度和高模量类别的优质碳纤维可以具有不同的硬度和弹性模量水平。 习惯上将它们归因于不同的品牌。

纤维以线或束的形式制成。它们由 1000 到 10000 根连续的基本纤维组成。也可以开发由这些纤维制成的织物，如束（在这种情况下，基本纤维的数量甚至更多）。原材料不仅有简单的纤维，还有液晶沥青，还有聚丙烯腈。生产过程包括首先生产原始纤维，然后将它们在空气中加热到 200 - 300 度。

对于 PAN，此过程称为预处理或阻燃。在这样的过程之后，Peck 获得了不可熔性这样重要的特性。部分纤维被氧化。 进一步加热的方式决定了它们是属于碳化组还是石墨化组。 工作的完成意味着赋予表面必要的特性，然后对其进行修整或修整。

空气中的氧化不仅由于氧化而增加了耐火性。不仅部分脱氢，还有分子间交联等过程都有贡献。此外，降低了材料对碳原子熔化和挥发的敏感性。碳化（在高温阶段）伴随着气化和所有外来原子的去除。

它们随后的碳化是在1000-1500度的氮气环境中进行的。 根据许多技术人员的说法，最佳加热水平是 1200 - 1400 度。 高模量纤维必须加热到大约 2500 度。在初步阶段，PAN 获得梯形微结构。分子内水平的缩合对其发生“负责”，并伴随着多环芳香物质的出现。

温度越高，环状结构越大。 在根据该技术的热处理结束后，分子或芳香片段的放置使得主轴将平行于纤维轴。张力避免了定向程度的下降。热处理过程中PAN分解的特征取决于接枝单体的浓度。每种类型的这种纤维决定了初始加工条件。

液晶石油沥青需要长期保持在350～400度的温度。这种方案将导致多环分子的缩合。它们的质量增加，并逐渐发生粘附（形成球晶）。 如果不停止加热，球晶长大，分子量增加，结果是形成不可分离的液晶相。 晶体偶尔可溶于喹啉，但通常不溶于喹啉和吡啶（这取决于技术的细微差别）。

由含 55 - 65% 液晶的液晶沥青制成的纤维可塑性流动。纺纱在 350 - 400 度下进行。通过在 200 - 350 度的空气气氛中初始加热并随后暴露于惰性气氛中形成高度取向的结构。 Thornel P-55纤维要加热到2000度，弹性模量越高，温度应该越高。

近年来，科学和工程工作越来越重视加氢技术。纤维的初始生产通常通过氢化煤焦油沥青和萘树脂的混合物来完成。 在这种情况下，必须存在四氢喹啉。 加工温度为380-500度。固体杂质可通过过滤和离心去除；之后，沥青在升高的温度下变厚。 对于碳的生产，必须使用（取决于技术）各种各样的设备：

• 真空层分布；
• 泵；
• 密封线束；
• 台式机；
• 陷阱；
• 导电网；
• 真空薄膜；
• 预浸料；
• 高压灭菌器。

全球市场上领先的碳纤维制造商有：

• Thornel、Fortafil 和 Celion（美国）；
• “Graphil”和“Modmore”（英格兰）；
• “Kureha-Lon”和“Toreika”（日本）；
• 氰特工业；
• 赫氏;
• 西格里集团；
• 东丽工业；
• 佐尔泰克；
• 三菱丽阳。

迄今为止，碳在俄罗斯生产：

• 车里雅宾斯克碳和复合材料工厂；
• “巴拉科沃碳生产”；
• NPK“Khimpromengineering”；
• 萨拉托夫企业“SNV”。

碳纤维用于制造复合增强材料。 使用它来获得也很常见：

• 双向织物；
• 设计师面料；
• 双轴和四轴组织；
• 无纺布;
• 单向胶带；
• 预浸料；
• 外部加固；
• 纤维；
• 线束。

现在是一项相当严肃的创新 红外线地暖 在这种情况下，该材料被用作传统金属线的替代品。它可以产生3倍以上的热量，此外，功耗降低了约50%。建模复杂技术的爱好者经常使用通过缠绕获得的碳管。汽车和其他设备制造商也需要这些产品。例如，碳纤维通常用于手刹。 还根据此材料收到：

• 飞机模型零件；
• 整体罩；
• 自行车；
• 改装汽车和摩托车的零件。

碳纤维面板比铝硬 18%，比结构钢大 14%.需要基于这种材料的套管以获得可变截面的管材和各种型材的螺旋产品。它们也用于制造和修理球杆。还值得一提的是它的用途 为智能手机和其他小工具生产特别耐用的外壳。 此类产品通常具有优质特性并具有更高的装饰品质。

对于分散石墨型粉末，需要：

• 收到导电涂层后；
• 在释放各种类型的胶水时；
• 在加强模具和其他一些细节时。

碳纤维腻子在很多方面都优于传统腻子。这种组合因其可塑性、机械强度而受到许多专家的重视。该组合物适用于覆盖深层缺陷。碳棒或碳棒坚固、轻便且经久耐用。 此类材料需要用于：

• 航空;
• 火箭工业；
• 运动器材的生产。

通过羧酸盐的热解，可以获得酮和醛。碳纤维优异的热品质使其可用于加热器和电热垫。 这些加热器：

• 经济;
• 可靠的;
• 令人印象深刻的效率不同；
• 不传播有害辐射；
• 相对紧凑；
• 完全自动化；
• 操作没有任何问题；
• 不要传播无关的噪音。

碳-碳复合材料用于生产：

• 代表坩埚；
• 真空熔炼炉的锥形零件；
• 管状零件。

其他应用领域包括：

• 自制刀具；
• 用于发动机上的簧片阀；
• 在建筑中使用。

现代建筑商长期以来不仅将这种材料用于外部加固。还需要加固石屋和水池。粘贴加强层可恢复桥梁中支撑和梁的质量。当与沉箱和筒仓一起工作时，它还用于创建化粪池和框架天然人工水库。

在下一个视频中，您将找到有关碳纤维生产的更多信息。