ΠΩΣ ΝΑ ΦΤΙΑΞΕΤΕ ΙΝΕΣ ΑΝΘΡΑΚΑ;

Οι ίνες άνθρακα, που αποτελούνται από συνδυασμούς ανόμοιων υλικών (ίνες και ρητίνη), η μεταβλητότητά τους και, ως εκ τούτου, η προσαρμοστικότητά τους, αποτελούν κεντρικό στοιχείο της γοητείας τους. Ως αντικατάσταση μετάλλου, τα σύνθετα υλικά από ίνες άνθρακα παρέχουν δεκαπλάσια αντοχή από τον χάλυβα. Οι κατασκευαστές ινών άνθρακα δημιουργούν προϊόντα που είναι παρόμοια αλλά όχι πανομοιότυπα. Οι ίνες άνθρακα ποικίλλουν σε μέτρο εφελκυσμού (ή ακαμψία που ορίζεται ως παραμόρφωση λόγω τάσης) και αντοχή σε εφελκυσμό, συμπίεση και κόπωση.

Επικοινωνήστε μαζί μας

Οι ίνες άνθρακα με βάση το PAN διατίθενται σήμερα σε χαμηλό μέτρο ελαστικότητας (λιγότερο από τριάντα δύο εκατομμύρια lbf/in² ή Msi), συνηθισμένο μέτρο ελαστικότητας (33 έως τριάντα έξι Msi), ενδιάμεσο μέτρο ελαστικότητας (40 έως πενήντα Msi), υψηλό μέτρο ελαστικότητας (50 έως εβδομήντα Msi) και εξαιρετικά υψηλό μέτρο ελαστικότητας (70 έως εκατόν σαράντα Msi).
Με απλά λόγια, οι ίνες άνθρακα δημιουργούνται με μετατόπιση οργανικών προδρόμων ινών δευτεροβάθμιας καλλιέργειας σε αδρανή ατμόσφαιρα δευτεροβάθμιας καλλιέργειας σε θερμοκρασίες υψηλότερες από 1800°F (982,22°C). Η κατασκευή ινών άνθρακα, ωστόσο, μπορεί να είναι μια προηγμένη επιχείρηση.

Πολυμερισμός και περιστροφή

Πολυμερισμός

Η διαδικασία ξεκινά με μια χημική σύνθετη πρώτη ύλη που αναφέρεται ως πρόδρομος και έχει τη μοριακή ραχοκοκαλιά της ίνας. Σήμερα, περίπου το 100% των ινών άνθρακα που δημιουργούνται αποτελείται από ύφασμα ή πρόδρομες ουσίες με βάση την πίσσα, ωστόσο το μεγαλύτερο μέρος τους προέρχεται από πολυακρυλονιτρίλιο (PAN), που παράγεται από νιτρώδη, και τα νιτρώδη προέρχονται από τις βιομηχανικές χημικές ουσίες προπάνιο και αμμωνία.

Συνήθως, η σύνθεση του προδρόμου ξεκινά με ένωση νιτριλίου συζευγμένου βαθμού που συνδυάζεται σε έναν αντιδραστήρα με ένα πλαστικοποιημένο ακρυλικό μονομερές co και έναν καταλύτη όπως οξύ, διοξείδιο, έλαιο βιτριόλης ή οξύ. Η συνεχής ανάμειξη επιτρέπει στα συστατικά να συνδυαστούν, εξασφαλίζοντας συνοχή και καθαρότητα, και ξεκινώντας τον σχηματισμό ελεύθερων ριζών στη μοριακή δομή του νιτρώδους άλατος. Αυτή η τροποποίηση οδηγεί σε χημική διαδικασία, η οποία παράγει πολυμερή μακράς αλυσίδας που σχηματίζουν ακρυλικές ίνες. Λεπτομέρειες της χημικής διαδικασίας, όπως η θερμοκρασία, η ατμόσφαιρα, συγκεκριμένα μονομερή co και καταλύτες, είναι ιδιόκτητες. Μετά το πλύσιμο και το στέγνωμα, το νιτρώδες άλας σε μορφή σκόνης διαλύεται σε οργανικό διαλύτη συζευγμένου βαθμού όπως διαιθυλοσουλφίδιο (DMSO), διμεθυλακεταμίδιο (DMAC) ή διμεθυλοφορμαμίδιο (DMF), ή σε υγρό διαλύτη συζευγμένου βαθμού, όπως χλωρίδιο ατομικού αριθμού 30 και άλατα ροδαμίνης. Οι οργανικοί διαλύτες βοηθούν στην αποφυγή μόλυνσης από ίχνη μεταλλικών σωματιδίων, τα οποία μπορεί να βλάψουν τη θερμική αεροφιλική σταθερότητα της μεθόδου και να καθυστερήσουν τη θερμική απόδοση της τελικής ίνας. Σε αυτό το στάδιο, το εναιώρημα σκόνης και διαλύτη ή η «επικάλυψη» του προδρόμου είναι αυτή που δίνει τη συνοχή του σιροπιού. Η επιλογή του διαλύτη και επομένως ο βαθμός διαχείρισης της σκληρότητας της επικάλυψης (μέσω εις βάθος διήθησης) είναι ζωτικής σημασίας για την επιτυχία του διαδοχικού σταδίου σχηματισμού ινών.
Κλώση
Οι ίνες PAN κατασκευάζονται με μια μέθοδο που ονομάζεται υγρή κλώση. Η επίστρωση βυθίζεται σε μια μπανιέρα υγρής φυσικής επεξεργασίας και εξωθείται μέσω μιας οπής σε μια μηχανή κλώσης κατασκευασμένη από πολύτιμο υλικό. Η δίοδος προσαρμόζεται στον απαιτούμενο αριθμό νημάτων της ίνας PAN (π.χ., 12.000 οπές από ίνες άνθρακα 12K). Αυτή η σχετικά παχιά και εύθραυστη ίνα υγρής κλώσης τραβιέται μέσα από έναν κύλινδρο για να απομακρυνθεί η περίσσεια υλικού, στη συνέχεια ξηραίνεται και τεντώνεται για να διατηρηθεί ο προσανατολισμός της ένωσης PAN. Εδώ, το σχήμα και η εσωτερική διατομή των νημάτων καθορίζονται από το βαθμό στον οποίο ο επιλεγμένος διαλύτης και το υλικό διεισδύουν στις πρόδρομες ίνες, την ποσότητα της εφαρμοζόμενης τάσης και την επιμήκυνση PC των νημάτων. Η τελευταία είναι ιδιοκτησία κάθε κατασκευαστή. Μια εναλλακτική λύση στην υγρή κλώση θα μπορούσε να είναι μια μέθοδος ανάμειξης που ονομάζεται ξηρή αμμοβολή/υγρή κλώση, η οποία χρησιμοποιεί ένα κάθετο κενό αέρα μεταξύ των ινών και της μπανιέρας φυσικής επεξεργασίας. Αυτό οδηγεί σε μια κομψή σφαιρική ίνα PAN που ενισχύει τη διεπαφή ίνας/μήτρας κολοφωνίου μέσα στο σύνθετο υλικό. Το τελικό βήμα στο σχηματισμό των προδρόμων ινών PAN είναι η χρήση ελαίων φινιρίσματος για την αποτροπή συσσωμάτωσης των ιξωδών νημάτων. Οι λευκές ίνες PAN μετρώνται σε τετράγωνο μέγεθος και στη συνέχεια ξηραίνονται ξανά και τυλίγονται σε ένα καρούλι.

Οξείδωση και ενανθράκωση

Οξείδωση

Αυτά τα μασούρια φορτώνονται στο καλάθι και, κατά τη διάρκεια του μεγαλύτερου σταδίου οξείδωσης, οι ίνες PAN τροφοδοτούνται μέσω μιας σειράς ειδικών φούρνων. Πριν εισέλθουν στην κύρια συσκευή κουζίνας, οι ίνες PAN στερεοποιούνται σε ένα φύλλο που ονομάζεται στημόνι. Η θερμοκρασία του θαλάμου κυμαίνεται από 392 °F (περίπου 200 °C) έως 572 °F (300 βαθμούς Κελσίου).

Για να αποφευχθεί η ανεξέλεγκτη αποδέσμευση θερμότητας (εκτιμώμενη αποδέσμευση ενθαλπίας κατά την οξείδωση, υπολογίσιμη στα 2.000 kJ / κιλό, μετατοπίζοντας τον πραγματικό κίνδυνο για τζάκια), οι κατασκευαστές οικιακών συσκευών χρησιμοποιούν μια κατανομή ροής αέρα για να βοηθήσουν στην απαγωγή της θερμότητας και στη διαχείριση της θερμοκρασίας. Οδηγούμενος από μια συγκεκριμένη πρόδρομη χημική ουσία, ο χρόνος οξείδωσης είναι εντελώς διαφορετικός, αλλά ο Littler εκτιμά ότι η δέσμη των 24K θα μεταβληθεί με ρυθμό περίπου 43 πόδια ανά 13 μέτρα ανά λεπτό σε μια υπερμεγέθη γραμμή με πολλαπλούς φούρνους οξείδωσης. Τέλος, οι σταθεροποιημένες ίνες PAN περιέχουν από περίπου 500 έως περίπου 65 μόρια άνθρακα, με το υπόλοιπο να είναι αέριο, ένα μείγμα ατομικού αριθμού 7 και 0.
Ανθρακοποίηση
Η ενανθράκωση συμβαίνει σε μια αδρανή (χωρίς οξυγόνο) ατμόσφαιρα σε μια σειρά ειδικά σχεδιασμένων κλιβάνων, αυξάνοντας σταδιακά τη θερμοκρασία της διεργασίας. Στο σώμα του νερού και στην έξοδο κάθε θαλάμου, ο θάλαμος επεξεργασίας εμποδίζει την διείσδυση Ο2, καθώς κάθε μόριο Ο2 που διέρχεται από τη συσκευή κουζίνας αφαιρεί ένα μέρος των ινών. Αυτό μπορεί να αποτρέψει την απώλεια άνθρακα που παράγεται σε μια τέτοια θερμότητα. Ελλείψει Ο2, μόνο μη ανθρακούχα μόρια, συμπεριλαμβανομένων ενώσεων και άλλων πτητικών οργανικών ενώσεων (σταθεροποιημένων σε επίπεδο 40 έως 80 ppm) και σωματιδίων (όπως μερικώς εναποτιθέμενα θραύσματα ινών) αφαιρούνται και αποβάλλονται από τη συσκευή κουζίνας για μετεπεξεργασία σε έναν περιβαλλοντικά ελεγχόμενο κλίβανο. Η ενανθράκωση ξεκινά σε έναν θάλαμο θερμοκρασίας, μεταφέρει τις ίνες στους 1292 °F (περίπου 700 °C) στους 1472 °F (700 °C έως 800 °C) και τελειώνει σε έναν θάλαμο θερμότητας στους 2192 °F (περίπου 1.200 °C) στους 2732 °F (περίπου 1.500 °C). 1500 °C). Ο αριθμός των θαλάμων καθορίζεται από το μέτρο ελαστικότητας που απαιτείται εντός της ίνας άνθρακα. Η συγκριτικά υψηλή τιμή των ινών άνθρακα υψηλού και υπέρ υψηλού μέτρου οφείλεται εν μέρει στη διάρκεια και τη θερμοκρασία που πρέπει να επιτευχθεί από τον κλίβανο θέρμανσης. Αν και η διάρκεια είναι ιδιόκτητη και κάθε ποιότητα ίνας άνθρακα είναι διαφορετική, η διάρκεια οξείδωσης υπολογίζεται σε ώρες, ωστόσο ο ρυθμός ενανθράκωσης μειώνεται κατά μια τάξη μεγέθους σε λεπτά. Μόλις η ίνα αλλάξει κατάσταση, μειώνει το βάρος και τον όγκο, μειώνει το μήκος κατά 5 έως 100% και μειώνει τη διάμετρο. Στην πραγματικότητα, η ποσοτική σχέση μετατροπής του προδρόμου PAN προς την ίνα άνθρακα PAN είναι περίπου 2:1 και η ικανότητα μετατόπισης είναι μικρότερη από ό,τι σε δύο - δηλαδή, εισέρχεται πολύ λιγότερο υλικό στη μέθοδο. Αυτή η μεθοδολογία συνδυάζει μόρια Ο από τον αέρα με ίνες PAN εντός του στημονιού και ξεκινά τη διασύνδεση των αλυσίδων των ενώσεων. Αυτό θα αυξήσει την πυκνότητα των ινών από ~1,18 g / cc έως 1,38 g / cc.

Επιφανειακή επεξεργασία και διαστασιολόγηση

Επιφανειακή επεξεργασία και διαστασιολόγηση
Το επόμενο βήμα είναι απαραίτητο για την απόδοση των ινών και, επιπλέον των προδρόμων, διακρίνει καλύτερα το προϊόν ενός προμηθευτή από το προϊόν των ανταγωνιστών. Η πρόσφυση μεταξύ της οργανικής ένωσης της μήτρας και, κατά συνέπεια, των ινών άνθρακα είναι απαραίτητη για την ενίσχυση του σύνθετου υλικού. Καθ' όλη τη διάρκεια της μεθόδου παραγωγής ινών άνθρακα, πραγματοποιείται επιφανειακή επεξεργασία για την ενίσχυση αυτής της πρόσφυσης.

Ώρα δημοσίευσης: 01 Νοεμβρίου 2018

Πώς να φτιάξετε ανθρακονήματα;

ΠΩΣ ΝΑ ΦΤΙΑΞΕΤΕ ΙΝΕΣ ΑΝΘΡΑΚΑ;

Πολυμερισμός και περιστροφή

Οξείδωση και ενανθράκωση

Επιφανειακή επεξεργασία και διαστασιολόγηση