Todo sobre fibra de carbono

Saber todo sobre la fibra de carbono es muy importante para toda persona moderna. Al comprender la tecnología de producción de carbono en Rusia, la densidad y otras características de la fibra de carbono, será más fácil comprender el alcance de su aplicación y tomar la decisión correcta. Además, debe conocer todo sobre la masilla y la calefacción por suelo radiante con fibra de carbono, sobre los fabricantes extranjeros de este producto y sobre diversos campos de aplicación.

Los nombres fibra de carbono y fibra de carbono, y en varias fuentes también fibra de carbono, son muy comunes. Pero la idea de las características reales de estos materiales y las posibilidades de su uso es bastante diferente para muchas personas. Desde un punto de vista técnico, este material se ensambla a partir de hilos con una sección transversal de no menos de 5 y no más de 15 micrones... Casi toda la composición está formada por átomos de carbono, de ahí el nombre. Estos mismos átomos están agrupados en cristales nítidos que forman líneas paralelas.

Este diseño proporciona una resistencia a la tracción muy alta. La fibra de carbono no es una invención completamente nueva. Edison recibió y utilizó las primeras muestras de un material similar. Más tarde, a mediados del siglo XX, la fibra de carbono experimentó un renacimiento y, desde entonces, su uso ha aumentado constantemente.

La más importante de las características de la fibra de carbono sigue siendo su excepcional resistencia al calor... Incluso si la sustancia se calienta hasta 1600 - 2000 grados, entonces, en ausencia de oxígeno en el medio ambiente, sus parámetros no cambiarán. La densidad de este material, junto con la habitual, también es lineal (medida en el llamado tex). Con una densidad lineal de 600 tex, la masa de 1 km de banda será de 600 G. En muchos casos, el módulo de elasticidad del material o, como se suele decir, el módulo de Young, también es de vital importancia.

Para la fibra de alta resistencia, esta cifra varía de 200 a 250 GPa. La fibra de carbono de alto módulo a base de PAN tiene un módulo elástico de aproximadamente 400 GPa. Para las soluciones de cristal líquido, este parámetro puede variar de 400 a 700 GPa. El módulo de elasticidad se calcula basándose en la estimación de su valor cuando se estiran los cristales de grafito individuales. La orientación de los planos atómicos se establece mediante análisis de difracción de rayos X.

La tensión superficial predeterminada es de 0,86 N / m. Al procesar el material para obtener una fibra compuesta de metal, esta cifra se eleva a 1,0 N / m. La medición por el método de ascenso capilar ayuda a determinar el parámetro correspondiente. El punto de fusión de las fibras a base de brea de petróleo es de 200 grados. El giro tiene lugar a unos 250 grados; el punto de fusión de otros tipos de fibras depende directamente de su composición.

El ancho máximo de las telas de carbono depende de los requisitos y matices tecnológicos. Para muchos fabricantes, es de 100 o 125 cm. En cuanto a la resistencia axial, será igual a:

• para productos de alta resistencia a base de PAN de 3000 a 3500 MPa;
• para fibras con alargamiento significativo, estrictamente 4500 MPa;
• para material de alto módulo de 2000 a 4500 MPa.

Los cálculos teóricos de la estabilidad de un cristal bajo una fuerza de tracción hacia el plano atómico de la red dan un valor estimado de 180 GPa.El límite práctico esperado es 100 GPa. Sin embargo, los experimentos aún no han confirmado la presencia de un nivel de más de 20 GPa. La fuerza real de la fibra de carbono está limitada por sus defectos mecánicos y los matices del proceso de fabricación. La resistencia a la tracción de un perfil con una longitud de 1/10 mm establecida en estudios prácticos será de 9 a 10 GPa.

La fibra de carbono T30 merece una atención especial. Este material se utiliza principalmente en la producción de varillas. Esta solución se distingue por su ligereza y excelente equilibrio. El índice T30 denota un módulo de elasticidad de 30 toneladas.

La fibra de carbono se puede fabricar a partir de una amplia variedad de tipos de polímeros. El modo de procesamiento determina dos tipos principales de tales materiales: tipos carbonizados y grafitizados. Existe una distinción importante entre la fibra derivada de PAN y los diferentes tipos de tono. Las fibras de carbono de calidad, tanto de alta resistencia como de alto módulo, pueden tener diferentes niveles de dureza y módulo. Es costumbre referirlos a diferentes marcas.

Las fibras se fabrican en formato de filamento o haz. Están formados por 1000 a 10000 filamentos continuos. También se pueden fabricar tejidos a partir de estas fibras, como estopas (en este caso, el número de filamentos es aún mayor). La materia prima de partida no son solo fibras simples, sino también brea de cristal líquido, así como poliacrilonitrilo. El proceso de producción implica primero la producción de las fibras originales y luego se calientan al aire a 200 - 300 grados.

En el caso de PAN, este proceso se denomina pretratamiento o mejora de la resistencia al fuego. Después de tal procedimiento, el tono adquiere una propiedad tan importante como la infusibilidad. Las fibras están parcialmente oxidadas. El modo de calentamiento adicional determina si pertenecerán al grupo carbonizado o grafitizado. El final del trabajo implica darle a la superficie las propiedades necesarias, luego de lo cual se termina o dimensiona.

La oxidación en el aire aumenta la resistencia al fuego no solo como resultado de la oxidación. La contribución se realiza no solo por deshidrogenación parcial, sino también por reticulación intermolecular y otros procesos. Además, se reduce la susceptibilidad del material a la fusión y volatilización de los átomos de carbono. La carbonización (en la fase de alta temperatura) va acompañada de gasificación y el escape de todos los átomos extraños.

Su posterior carbonización se lleva a cabo en un ambiente de nitrógeno a 1000 - 1500 grados. El nivel óptimo de calentamiento, según varios tecnólogos, es de 1200 a 1400 grados. La fibra de alto módulo deberá calentarse hasta unos 2500 grados. En la etapa preliminar, PAN recibe una microestructura en escalera. La condensación a nivel intramolecular, acompañada de la aparición de una sustancia aromática policíclica, es "responsable" de su aparición.

Cuanto más suba la temperatura, mayor será la estructura del tipo cíclico. Una vez finalizado el tratamiento térmico según la tecnología, la disposición de moléculas o fragmentos aromáticos es tal que los ejes principales quedarán paralelos al eje de la fibra. La tensión evita la caída del grado de orientación. Las características específicas de la descomposición de PAN durante el tratamiento térmico están determinadas por la concentración de monómeros injertados. Cada tipo de tales fibras determina las condiciones iniciales de procesamiento.

La brea de petróleo de cristal líquido debe mantenerse durante mucho tiempo a temperaturas de 350 a 400 grados. Este modo conducirá a la condensación de moléculas policíclicas. Su masa aumenta y se produce una unión gradual (con la formación de esferulitas). Si el calentamiento no se detiene, las esferulitas crecen, el peso molecular aumenta y el resultado es la formación de una fase cristalina líquida continua. Los cristales son ocasionalmente solubles en quinolina, pero generalmente no se disuelven tanto en ella como en piridina (esto depende de los matices de la tecnología).

Las fibras obtenidas a partir de brea de cristal líquido con un 55 - 65% de cristales líquidos fluyen plásticamente. El giro se realiza a 350 - 400 grados. Una estructura altamente orientada se forma mediante el calentamiento inicial en una atmósfera de aire a 200 - 350 grados y su posterior mantenimiento en una atmósfera inerte. Las fibras de la marca Thornel P-55 deben calentarse hasta 2000 grados, cuanto mayor es el módulo de elasticidad, mayor debe ser la temperatura.

Recientemente, los trabajos científicos y de ingeniería están prestando cada vez más atención a la tecnología que utiliza la hidrogenación. La producción inicial de fibras se logra a menudo hidrogenando una mezcla de brea de alquitrán de hulla y resina de naftalato. En este caso, debería estar presente tetrahidroquinolina. La temperatura de procesamiento es de 380 a 500 grados. Los sólidos se pueden eliminar mediante filtración y centrifugación; luego, las brea se espesan a una temperatura elevada. Para la producción de carbono, es necesario utilizar (según la tecnología) una gran variedad de equipos:

• capas que distribuyen el vacío;
• zapatillas;
• arneses de sellado;
• mesas de trabajo;
• trampas
• malla conductora;
• películas de vacío;
• preimpregnados;
• autoclaves.

Los siguientes fabricantes de fibra de carbono son líderes en el mercado mundial:

• Thornell, Fortafil y Celion (Estados Unidos);
• Grafil y Modmore (Inglaterra);
• Kureha-Lone y Toreika (Japón);
• Industrias Cytec;
• Hexcel;
• Grupo SGL;
• Industrias Toray;
• Zoltek;
• Mitsubishi Rayón.

Hoy en día, el carbono se produce en Rusia:

• Planta de Chelyabinsk de carbono y materiales compuestos;
• Producción de Carbono Balakovo;
• NPK Khimprominzhiniring;
• Empresa de Saratov "COMIENZO".

La fibra de carbono se utiliza para hacer un refuerzo compuesto. También es común usarlo para obtener:

• tejidos bidireccionales;
• tejidos de diseño;
• tejido biaxial y cuadroaxial;
• tela no tejida;
• cinta unidireccional;
• preimpregnados;
• refuerzo externo;
• fibra;
• arneses.

Una innovación bastante seria ahora es piso cálido infrarrojo. En este caso, el material se utiliza como reemplazo del alambre de metal tradicional. Puede generar 3 veces más calor, además, el consumo de energía se reduce en aproximadamente un 50%. Los amantes de las técnicas complejas de modelado suelen utilizar tubos de carbono obtenidos por bobinado. Estos productos también son demandados por los fabricantes de automóviles y otros equipos. La fibra de carbono se usa a menudo para frenos de mano, por ejemplo. Además, según este material, obtenga:

• piezas para maquetas de aviones;
• capuchas de una pieza;
• bicicletas
• repuestos para tuning de automóviles y motocicletas.

Los paneles de tela de carbono son un 18% más rígidos que el aluminio y un 14% más que el acero estructural... Se necesitan manguitos a base de este material para obtener tuberías y tubos de sección transversal variable, productos en espiral de varios perfiles. También se utilizan para la producción y reparación de palos de golf. También cabe destacar su uso. en la producción de carcasas especialmente duraderas para teléfonos inteligentes y otros dispositivos. Estos productos suelen tener un carácter premium y tienen cualidades decorativas mejoradas.

En cuanto al polvo tipo grafito disperso, se necesita:

• al recibir revestimientos conductores de electricidad;
• al liberar pegamento de varios tipos;
• al reforzar moldes y algunas otras partes.

La masilla de fibra de carbono es mejor que la masilla tradicional en varias formas. Esta combinación es apreciada por muchos expertos por su plasticidad y resistencia mecánica. La composición es adecuada para cubrir defectos profundos. Las varillas o varillas de carbono son fuertes, ligeras y duraderas. Dicho material es necesario para:

• aviación;
• la industria de los cohetes;
• lanzamiento de material deportivo.

Mediante pirólisis de sales de ácido carboxílico, se pueden obtener cetonas y aldehídos.Las excelentes propiedades térmicas de la fibra de carbono permiten su uso en calentadores y almohadillas térmicas. Tales calentadores:

• económico;
• de confianza;
• se distinguen por una eficiencia impresionante;
• no esparza radiaciones peligrosas;
• relativamente compacto;
• perfectamente automatizado;
• operado sin problemas innecesarios;
• no propague ruidos extraños.

Los compuestos de carbono-carbono se utilizan en la producción de:

• soportes para crisoles;
• piezas cónicas para hornos de fusión al vacío;
• piezas tubulares para ellos.

Las áreas de aplicación adicionales incluyen:

• cuchillos caseros;
• usar para una válvula de pétalo en motores;
• uso en construcción.

Los constructores modernos han utilizado durante mucho tiempo este material no solo para refuerzo externo. También es necesario para fortalecer las casas de piedra y las piscinas. La capa de refuerzo encolada restaura las cualidades de los soportes y vigas en los puentes. También se utiliza para crear fosas sépticas y enmarcar depósitos artificiales naturales, cuando se trabaja con un cajón y un pozo de silo.

En el siguiente video encontrará más información sobre la producción de fibra de carbono.