Углеводородное волокно производство: Углеводородное волокно, карбоновая нить, производство полимерных материалов и карбона, углеволокно цена

Углеводородное волокно, карбоновая нить, производство полимерных материалов и карбона, углеволокно цена

Углеродное волокно — материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 3 до 15 микрон, образованных преимущественно атомами углерода. Атомы углерода объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно друг другу. Выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение. Углеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низким удельным весом, низким коэффициентом температурного расширения и химической инертностью.

Производством углеродного волокна в России занимается компания ООО «Композит-Волокно», входящее в холдинг «Композит»

Углеродное волокно является основой для производства углепластиков (или карбона, карбонопластиков, от «carbon», «carbone» — углерод). Углепластики — полимерные композиционные материалы из переплетенных нитей углеродного волокна, расположенных в матрице из полимерных (чаще эпоксидных) смол.

Углеродные композиционные материалы отличаются высокой прочностью, жесткостью и малой массой, часто прочнее стали, но гораздо легче.

Производство полимерных материалов

Наше предложение

Производство полимерных материалов требует значительного опыта. Для достижения принятых стандартов качества необходимы не только квалифицированные сотрудники, но и налаженная технология изготовления изделий. По этим причинам все представленные позиции в каталоге имеют высокое качество, гарантируют достижение поставленных перед ними задач и обладают регулярными положительными отзывами.

В каталоге вы сможете подобрать изделия для таких сфер:

• машиностроение;
• космическая и авиационная промышленность;
• ветроэнергетика;
• строительство;
• спортивный инвентарь;
• товары народного потребления

Наше производство изделий из полимерных материалов может обеспечить вас тем количеством изделий, которое вам будет необходимо. Отсутствуют ограничения по объему заказа. При этом вы можете рассчитывать на полную консультацию от профессионалов и оперативное выполнение поставленных задач. Производство полимерных материалов в России, которое мы осуществляем, дает возможность приобретения необходимых единиц каталога по оптовой системе. Изучите наш каталог, а также, если у вас остались какие-либо вопросы — не откладывайте их на потом и обращайтесь прямо сейчас в нашу службу поддержки.

Почему цена на углеволокно так высока?

Большие затраты энергии — основная причина высокой себестоимости углеродного волокна. Впрочем, это с лихвой компенсируется впечатляющим результатом. Даже не верится, что все начиналось с «мягкого и пушистого» материала, содержащегося в довольно прозаических вещах и известных не только сотрудникам химических лабораторий. Белые волокна — так называемые сополимеры полиакрилонитрила — широко используются в текстильной промышленности. Они входят в состав плательных, костюмных и трикотажных тканей, ковров, брезента, обивочных и фильтрующих материалов. Иными словами, сополимеры полиакрилонитрила присутствуют везде, где на прилагающейся этикетке упомянуто акриловое волокно. Некоторые из них «несут службу» в качестве пластмасс. Наиболее распространенный среди таковых — АБС-пластик. Вот и получается, что «двоюродных родственников» у карбона полным-полно. Карбоновая нить имеет впечатляющие показатели по усилию на разрыв, но ее способность «держать удар» на изгиб «подкачала». Поэтому, для равной прочности изделий, предпочтительнее использовать ткань. Организованные в определенном порядке волокна «помогают» друг другу справиться с нагрузкой. Однонаправленные ленты лишены такого преимущества. Однако, задавая различную ориентацию слоев, можно добиться искомой прочности в нужном направлении, значительно сэкономить на массе детали и излишне не усиливать непринципиальные места.

Что такое карбоновая ткань?

Для изготовления карбоновых деталей применяется как просто углеродное волокно с хаотично расположенными и заполняющими весь объем материала нитями, так и ткань (Carbon Fabric). Существуют десятки видов плетений. Наиболее распространены Plain, Twill, Satin. Иногда плетение условно — лента из продольно расположенных волокон «прихвачена» редкими поперечными стежками только для того, чтобы не рассыпаться. Плотность ткани, или удельная масса, выраженная в г/м2, помимо типа плетения зависит от толщины волокна, которая определяется количеством угленитей. Данная характеристика кратна тысячи. Так, аббревиатура 1К означает тысячу нитей в волокне. Чаще всего в автоспорте и тюнинге применяются ткани плетения Plain и Twill плотностью 150–600 г/м2, с толщиной волокон 1K, 2.5K, 3К, 6K, 12K и 24К. Ткань 12К широко используется и в изделиях военного назначения (корпуса и головки баллистических ракет, лопасти винтов вертолетов и подводных лодок, и пр.), то есть там, где детали испытывают колоссальные нагрузки.

Бывает ли цветной карбон? Желтый карбон бывает?

Часто от производителей тюнинговых деталей и, как следствие, от заказчиков можно услышать про «серебристый» или «цветной» карбон. «Серебряный» или «алюминиевый» цвет — всего лишь краска или металлизированное покрытие на стеклоткани. И называть карбоном такой материал неуместно — это стеклопластик. Отрадно, что и в данной области продолжают появляться новые идеи, но по характеристикам стеклу с углем углеродным никак не сравниться. Цветные же ткани чаще всего выполнены из кевлара. Хотя некоторые производители и здесь применяют стекловолокно; встречается даже окрашенные вискоза и полиэтилен. При попытке сэкономить, заменив кевлар на упомянутые полимерные нити, ухудшается адгезия такого продукта со смолами. Ни о какой прочности изделий с такими тканями не может быть и речи. Отметим, что «Кевлар», «Номекс» и «Тварон» — патентованные американские марки полимеров. Их научное название «арамиды». Это родственники нейлонов и капронов. В России есть собственные аналоги — СВМ, «Русар», «Терлон» СБ и «Армос». Но, как часто бывает, наиболее «раскрученное» название — «Кевлар» — стало именем нарицательным для всех материалов.

Что такое кевлар и какие у него свойства?

По весовым, прочностным и температурным свойствам кевлар уступает углеволокну. Способность же кевлара воспринимать изгибающие нагрузки существенно выше. Именно с этим связано появление гибридных тканей, в которых карбон и кевлар содержатся примерно поровну. Детали с угольно-арамидными волокнами воспринимают упругую деформацию лучше, чем карбоновые изделия. Однако есть у них и минусы. Карбон-кевларовый композит менее прочен. Кроме того, он тяжелее и «боится» воды. Арамидные волокна склонны впитывать влагу, от которой страдают и они сами, и большинство смол. Дело не только в том, что «эпоксидка» постепенно разрушается водно-солевым раствором на химическом уровне. Нагреваясь и охлаждаясь, а зимой вообще замерзая, вода механически расшатывает материал детали изнутри. И еще два замечания. Кевлар разлагается под воздействием ультрафиолета, а формованный материал в смоле утрачивает часть своих замечательных качеств. Высокое сопротивление разрыву и порезам отличают кевларовую ткань только в «сухом» виде. Потому свои лучшие свойства арамиды проявляют в других областях. Маты, сшитые из нескольких слоев таких материалов, — основной компонент для производства легких бронежилетов и прочих средств безопасности. Из нитей кевлара плетут тонкие и прочные корабельные канаты, делают корд в шинах, используют в приводных ремнях механизмов и ремнях безопасности на автомобилях.

А можно обклеить деталь карбоном?

Непреодолимое желание иметь в своей машине детали в черно-черную или черно-цветную клетку привели к появлению диковинных суррогатов карбона. Тюнинговые салоны обклеивают деревянные и пластмассовые панели салонов углеродной тканью и заливают бесчисленными слоями лака, с промежуточной ошкуриванием. На каждую деталь уходят килограммы материалов и масса рабочего времени. Перед трудолюбием мастеров можно преклоняться, но такой путь никуда не ведет. Выполненные в подобной технике «украшения» порой не выдерживают температурных перепадов. Со временем появляется паутина трещин, детали расслаиваются. Новые же детали неохотно встают на штатные места из-за большой толщины лакового слоя.

Как производятся карбоновые и/или композитные изделия?

Технология производства настоящих карбоновых изделий основывается на особенностях применяемых смол. Компаундов, так правильно называют смолы, великое множество. Наиболее распространены среди изготовителей стеклопластиковых обвесов полиэфирная и эпоксидная смолы холодного отверждения, однако они не способны полностью выявить все преимущества углеволокна. Прежде всего, по причине слабой прочности этих связующих компаундов. Если же добавить к этому плохую стойкость к воздействию повышенных температур и ультрафиолетовых лучей, то перспектива применения большинства распространенных марок весьма сомнительна. Сделанный из таких материалов карбоновый капот в течение одного жаркого летнего месяца успеет пожелтеть и потерять форму. Кстати, ультрафиолет не любят и «горячие» смолы, поэтому, для сохранности, детали стоит покрывать хотя бы прозрачным автомобильным лаком.

Компаунды холодного твердения.

«Холодные» технологии мелкосерийного выпуска малоответственных деталей не позволяют развернуться, поскольку имеют и другие серьезные недостатки. Вакуумные способы изготовления композитов (смола подается в закрытую матрицу, из которой откачан воздух) требуют продолжительной подготовки оснастки. Добавим к этому и перемешивание компонентов смолы, «убивающее» массу времени, что тоже не способствует производительности. Говорить о ручной выклейке вообще не стоит. Метод же напыления рубленого волокна в матрицу не позволяет использовать ткани. Собственно, все идентично стеклопластиковому производству. Просто вместо стекла применяется уголь. Даже самый автоматизированный из процессов, который к тому же позволяет работать с высокотемпературными смолами (метод намотки), годится для узкого перечня деталей замкнутого сечения и требует очень дорогого оборудования.

Эпоксидные смолы горячего отверждения прочнее, что позволяет выявить качества карбонов в полной мере. У некоторых «горячих» смол механизм полимеризации при «комнатной» температуре запускается очень медленно. На чем, собственно, и основана так называемая технология препрегов, предполагающая нанесение готовой смолы на углеткань или углеволокно задолго до процесса формования. Приготовленные материалы просто ждут своего часа на складах.

В зависимости от марки смолы время жидкого состояния обычно длится от нескольких часов до нескольких недель. Для продления сроков жизнеспособности, приготовленные препреги, иногда хранят в холодильных камерах. Некоторые марки смол «живут» годами в готовом виде. Прежде чем добавить отвердитель, смолы разогревают до 50–60 C, после чего, перемешав, наносят посредством специального оборудования на ткань. Затем ткань прокладывают полиэтиленовой пленкой, сворачивают в рулоны и охлаждают до 20–25 C. В таком виде материал будет храниться очень долго. Причем остывшая смола высыхает и становится практически не заметной на поверхности ткани. Непосредственно при изготовлении детали нагретое связующее вещество становится жидким как вода, благодаря чему растекается, заполняя весь объем рабочей формы и процесс полимеризации ускоряется.

Компаунды горячего твердения.

«Горячих» компаундов великое множество, при этом у каждой собственные температурные и временные режимы отверждения. Обычно, чем выше требуемые показания термометра в процессе формовки, тем прочнее и устойчивее к нагреву готовое изделие. Исходя из возможностей имеющегося оборудования и требуемых характеристик конечного продукта, можно не только выбирать подходящие смолы, но делать их на заказ. Некоторые отечественные заводы-изготовители предлагают такую услугу. Естественно, не бесплатно.

Препреги как нельзя лучше подходят для производства карбона в автоклавах. Перед загрузкой в рабочую камеру нужное количество материала тщательно укладывается в матрице и накрывается вакуумным мешком на специальных распорках. Правильное расположение всех компонентов очень важно, иначе не избежать нежелательных складок, образующихся под давлением. Исправить ошибку впоследствии будет невозможно. Если бы подготовка велась с жидким связующим, то стала бы настоящим испытанием для нервной системы рабочих с неясными перспективами успеха операции.

Процессы, происходящие внутри установки, незатейливы. Высокая температура расплавляет связующее и «включает» полимеризацию, вакуумный мешок удаляет воздух и излишки смолы, а повышенное давление в камере прижимает все слои ткани к матрице. Причем происходит все одновременно.

С одной стороны, одни преимущества. Прочность такого углепластика практически максимальна, объекты самой затейливой формы делаются за один «присест». Сами матрицы не монументальны, поскольку давление распределено равномерно во всех направлениях и не нарушает геометрию оснастки. Что означает быструю подготовку новых проектов. С другой стороны, нагрев до нескольких сотен градусов и давление, порой доходящее до 20 атм., делают автоклав очень дорогостоящим сооружением. В зависимости от его габаритов цены на оборудование колеблются от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов долларов. Прибавим к этому нещадное потребление электроэнергии и трудоемкость производственного цикла. Результат — высокая себестоимость продукции. Есть, впрочем, технологии подороже и посложнее, чьи результаты впечатляют еще больше. Углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ) в тормозных дисках на болидах Формулы-1 и в соплах ракетных двигателей выдерживают чудовищные нагрузки при температурах эксплуатации, достигающих 3000 C. Эту разновидность карбона получают путем графитизации термореактивной смолы, которой пропитывают спрессованное углеродное волокно заготовки. Операция чем-то похожа на производство самого углеволокна, только происходит она при давлении 100 атмосфер. Да, большой спорт и военно-космическая сфера деятельности способны потреблять штучные вещи по «заоблачным» ценам. Для тюнинга и, тем более, для серийной продукции такое соотношение «цены-качества» неприемлемо.

Если решение найдено, оно выглядит настолько простым, что удивляешься: «Что же мешало додуматься раньше?». Тем не менее, идея разделить процессы, происходящие в автоклаве, возникла спустя годы поиска. Так появилась и стала набирать обороты технология, сделавшая горячее формование карбона похожим на штамповку. Препрег готовится в виде сэндвича. После нанесения смолы ткань с обеих сторон покрывается либо полиэтиленовой, либо более термостойкой пленкой. «Бутерброд» пропускается между двух валов, прижатых друг к другу. При этом лишняя смола и нежелательный воздух удаляются, примерно так же, как и при отжиме белья в стиральных машинах образца 1960-х годов. В матрицу препрег вдавливается пуансоном, который фиксируется резьбовыми соединениями. Далее вся конструкция помещается в термошкаф.

Тюнинговые фирмы изготавливают матрицы из того же карбона и даже прочных марок алебастра. Гипсовые рабочие формы, правда, недолговечны, но пара-тройка изделий им вполне по силам. Более «продвинутые» матрицы делаются из металла и иногда оснащаются встроенными нагревательными элементами. В серийном производстве они оптимальны. Кстати, метод подходит и для некоторых деталей замкнутого сечения. В этом случае легкий пуансон из вспененного материала остается внутри готового изделия. Антикрыло Mitsubishi Evo — пример такого рода.

Механические усилия заставляют думать о прочности оснастки, да и система матрица — пуансон требует либо 3D-моделирования, либо модельщика экстра-класса. Но это, все же, в сотни раз дешевле технологии с автоклавом.

Алексей Романов редактор журнала «ТЮНИНГ Автомобилей»

Углеродное волокно, его свойства и применение

Углеродное волокно и композиционные материалы на его основе.

 

 

Углеродное волокно и композиционные материалы на его основе обладают высокой прочностью, химической инертностью, низким удельным весом, низкой теплопроводностью.

 

Углеродное волокно как материал – основа для производства композиционных материалов

Свойства, характеристики и преимущества углеродного волокна

Применение углеродных волокон. Усиление углеродным волокном. Прочность углеродных волокон

 

Углеродное волокно как материал – основа для производства композиционных материалов:

Углеродное волокно – материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 3 до 15 микрон, образованных преимущественно атомами углерода. Атомы углерода объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно друг другу. Выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение и пр. свойства.

Углеродное волокно является основой для производства углепластиков (или карбона, карбонопластиков, от “carbon”, “carbone” – углерод). Углепластики – полимерные композиционные материалы из переплетенных нитей углеродного волокна, расположенных в матрице из полимерных (чаще эпоксидных) смол.

На основе углеродного волокна производят:

– композитную (углеродную) арматуру. Углеродная арматура представляет собой материал, который состоит из основы в виде углеродного волокна и связующего: термореактивной синтетической смолы. Углеродная арматура изготовляется методом пултрузии — протяжкой пропитанных связующим армирующих волокон через нагретую формообразующую фильеру;

– двунаправленные ткани: комбинированную (углеродную и арамидную) ткани, стеклоткань саржевого или полотняного переплетения, углеродную ткань саржевого или полотняного плетения, углеродную ткань-сатин;

– дизайнерские ткани;

– мультиаксиальные ткани: биаксильные ткани, квадроаксильные ткани,

– углеродное нетканое полотно. Нити углеродного волокна в однонаправленных нетканых материалах располагаются строго параллельно друг другу. Нити фиксируются стеклянной сеткой и/или эпоксидным биндером;

– однонаправленные углеродные ленты. Однонаправленные углеродные ленты – это текстиль, где свыше 75% волокон расположены в одном направлении. В качестве утка используется стекловолокно или арамидное волокно;

– препреги. Препреги — композиционные материалы-полуфабрикаты. Их получают путем пропитки армирующей волокнистой основы равномерно распределенными полимерными связующими. Пропитка осуществляется таким образом, чтобы максимально реализовать физико-механические свойства армирующего материала. Методы с использованием пропитки волокна позволяют на 30% улучшить свойства материала;

– системы внешнего армирования;

– преформу-рукав;

– фибру. Фибра – нарезанное углеродное волокно. Используется в качестве усиливающей добавки в бетон, асфальтобетон;

– прочие материалы: жгуты, углерод-углеродные композиционные материалы, фибры и т.д.

 

Свойства, характеристики и преимущества углеродного волокна:

– высокая (непревзойденная) прочность, 

– высокая предельная прочность на разрыв,

– химическая инертность, устойчивость к воздействию большинства химически агрессивных реагентов,

– отсутствие коррозии,

– высокий предел выносливости,

– низкий вес, низкий удельный вес (неувеличение веса конструкции),

– коэффициент температурного расширения ~ 0,

– линейно упругие до разрушения,

– легкая укладка,

– высокая жесткость,

– высокая жаропрочность,

– высокая стойкость к высоким и низким температурам (в т.ч.  вакууме),

– стойкость к высокому давлению,

– радиационная стойкость,

– стойкость к высоким вибрационным нагрузкам,

– низкая теплопроводность,

– немагнитность,

– высокая ударостойкость,

– высокое вибро-, звуко- и радиопоглощение,

– высокая прочность на изгиб.

 

Применение углеродных волокон. Усиление углеродным волокном. Прочность углеродных волокон:

– строительство: углеродная композитная арматура, фибра в бетон, фибра в асфальт, системы внешнего армирования. Например, использование системы внешнего армирования на основе углеродного волокна увеличивает грузоподъемность несущих конструкций (мостов, промышленных, складских, жилых зданий) до 4 раз, сокращает время ремонта строительных сооружений и трудозатраты в 10 раз, срок службы конструкции увеличивается также в несколько раз;

– авиация. Например, создание цельных композитных деталей. Сочетание легкости и прочности получаемых изделий позволяет заменить алюминиевые сплавы углепластиковыми. Композитные детали, при их весе в 5 раз меньшем, чем аналогичных алюминиевых, обладают большей прочностью, гибкостью, устойчивостью к давлению и некоррозийностью. Использование композитов в конструкции авиалайнера позволяет снизить его вес на 15-30%, что позволяет сэкономить расход топлива и улучшить экологические показатели;

– атомная промышленность.  Углеродное волокно используются при создании энергетических реакторов, где основным требованием к используемым материалам является их стойкость к высоким температурам, высокому давлению и радиационная стойкость. Кроме этого, в атомной отрасли особое внимание отдается общей прочности внешних конструкций, поэтому система внешнего армирования также имеет обширное применение;

– автомобилестроение. Карбон (или углепластик) используется для производства как отдельных деталей и узлов, так и для автомобильных корпусов целиком. Высокое отношение прочности к весу позволяет создавать безопасные, и в то же время экономичные автомобили: снижение веса автомобиля за счет углепластиков на 30 % позволяет снизить выброс CO2 в атмосферу на 16% (!), благодаря снижению расхода топлива в несколько раз;

– гражданская аэрокосмическая отрасль;

– судостроение. Углеродное волокно является лучшим материалом для проектирования и создания новых материалов и конструкций из них различных видов гражданских судов. Низкий удельный вес углепластика позволяет увеличить скорость катера в 2-3 раза;

– ветроэнергетика. Углепластики позволяют создавать более длинные лопасти, которые, в свою очередь, обладают большей энергопроизводительностью;

– железнодорожная отрасль. Улепластики позволяют облегчить конструкцию железнодорожных вагонов, снизив тем самым общий вес составов, что позволяет в дальнейшем как увеличивать их длину, так и улучшать скоростные характеристики. В то же время углепластики могут использоваться и при строительстве железнодорожного полотна и прокладке железнодорожных проводов, сокращая необходимое количество опор и в то же время снижая риск их провисания;

– электроэнергетике. Например, композитный сердечник в 4,7 раза легче стального и в 2 – 2,5 раза прочнее;

– в быту. Углеродное волокно и композиционные материалы интенсивно входят в привычный мир каждого человека. Из них создаются многие товары народного потребления: предметы интерьера, детали бытовых приборов, спортивная экипировка и инвентарь, детали ЭВМ и многое другое.

 

карта сайта

карбоновая углеродная ткань
применение купить кабель нагревательное однонаправленное углеродное волокно производство в россии цена обогрев для обогрева инкубатора производитель из пропиленового волокна применение свойства карбон углеткань
производство оборудование изготовление технология получение пленка теплый пол сетка велосипед картридж ммв трубка стоимость автомобили удочка греющий нагревательный кабель из сырье для углеродного волокна в россии купить нагреватель
качество прочность использование композиционные материалы на основе оборудование для производства углеродных волокон ткань
усиление нить углеродным волокном
как клеить пластик нагревательный элемент углеродное волокно купить украина в москве обогрев киев
активированные углеродные волокна 3932
углеродное волокно что это производство Россия купить в москве для обогрева усиление ткань материал кабель получение производство теплый пол свойства пропитка применение нить композит карбон удочка технология велосипед пленка качество

 

Коэффициент востребованности 1 923

Углеродное волокно – характеристики и особенности хранения.

В наиболее ответственных изделиях применяют углекомпозиты (углепластики). Согласно расчетам, среди всех возможных соединений, на основе периодической системы элементов, графит имеет самые высокие прочностные и термические характеристики. Углеродное волокно имеет один из наиболее высоких показателей по удельной прочности среди других  волокон. Имеет высокую стойкость к кручению и усталости. Уступая лишь в ударной прочности арамиду и стеклу.

Углеродное волокно-производство

Столь высокую стоимость углеродного волокна обуславливает сложность и энергоемкость процесса его получения.  Смысл процесса состоит в поэтапной чистке углеродосодержащих нитей от ненужных атомов, оставляя в конце процесса до 99% углерода в объеме нити.

УВ получают путем термического разложения (пиролизом) исходных нитей: гидратоцеллюлозных, полиакрилонитрильных (ПАН). Так же нефтяных или каменноугольных пеков. В настоящее время, промышленное значение имеет производство УВ на базе вискозы или ПАН.

Процесс получения УВ на основе ПАН

Следует заметить, что химический состав и структура УВ зависит от состава исходного сырья.

В первую очередь, полиакриловые жгуты подвергают окислению, проводя термическую обработку на воздухе при температуре около 200 °С.

Окисленный ПАН так же представляет интерес в некоторых сферах производства как термостойкий и трудно горючий материал.

После окисления, полотно проходит через печи карбонизации (около 1500 °С) и графитизации (около 3000 °С). На этой стадии удаляются остатки водорода и гетероатомов, происходит образование двойных связей между атомами углерода. Процессы карбонизации и графитизации проводятся в инертной среде.

В завершении процесса карбонизации (в некоторых случаях стадия графитизации может исключаться) жгут имеет готовый химический состав и структуру, но проходит еще ряд этапов для повешения адгезии с матрицей:

— обработка поверхности. Поверхность карбонового полотна вследствие данной реакции становится «шероховатой». Обнажая атомы углерода и создавая свободные функциональные группы способные к ионному обмену.

— нанесение ПАВ (поверхностно активное вещество). Оно же, так называемое аппретирование. В качестве аппрета чаще наносятся эпоксидные смолы без отвердителя. Аппрет защищает от истирания в процессе хранения, транспортировки и текстильной переработки. Вытесняет из пор влагу и воздух.

Этап сушки после нанесения аппрета является завершающим этапом, после которого жгуты наматываются на бобины  (обычно массой до 8 кг).

Характеристики углеродного волокна

Модуль упругости. УВ обычно группируются в соответствии со своим модулем:

• Низкомодульное (HS): 160-270 ГПа;
• Средний модуль (IM): 270-325ГПа;
• Высокомодульное (НМ): 325-440 ГПа;
• Сверхвысокий модуль (UHM): 440+ ГПа;

Диаметр и количество элементарных нитей. Каждый жгут  состоит из тысяч элементарных нитей (филаментов).  Диаметр такой углеродной нити: 5-7 мкм, что в 2-3 раза тоньше человеческого волоса.  В маркировке у любого типа волокна есть обозначения: 3К, 6К, 12К, 24К- это и есть количество филаментов в жгуте  (в тысячах).

Линейная плотность. Кроме обычной плотности, у волокон принято выделять так же линейную. Измеряется она в тексах (tex). Если линейная плотность  указана 800 tex, значит, километр этого жгута имеет массу 800гр.

Прочностные характеристики

Итоговое значение прочности, указываемое в сертификатах качества и т.д. снимается уже с пропитанного и отвержденного жгутика (микропластика). Микропластик- жгут  пропитанный полимерным связующим и отвержденный при воздействии растягивающего напряжения.

УВ достаточно хрупкое поэтому не имеет большого смысла снимать с него прочностные характеристики в непропитанном виде. Так же, для конечного потребителя важнее знать свойства углеродного волокна в отвержденной полимерной матрице, то есть в композите. Поэтому в чаще всего указывают:

• Прочность при растяжении комплексной нити в микропластике. ГПа
• Модуль упругости при растяжении комплексной нити в микропластике. ГПа

Условия транспортировки и хранения углеродного волокна

• Бобины должны храниться в крытых складских помещениях в упакованном виде, коробки должны находиться в горизонтальном положении.
• Рекомендуемые условия хранения.
  • Температура: 0-40 °С. Хранение при минусовой температуре не рекомендуется.
  • Влажность: 40-80%.
• Допускается перевозка в неотапливаемом транспорте при температуре до -30 °С.
• Во избежание конденсации влаги на поверхности. Перед использованием, нераспакованные бобины должны быть выдержаны не менее 48 часов при температуре от 20 до 30 °С и влажности от 40 до 80%.
• При правильных условиях хранения, производитель гарантирует сохранность свойств в течение 2 лет с даты производства.

Заключение

Надо понимать, УВ не является гарантией качества и гарантией сверх прочностных свойств изделия. Сами по себе углеродные  нити довольно хрупкие и ломкие. Без правильных условий полимеризации или при не правильном подборе матрицы или ее не совместимости с нитью можно и не достигнуть заявленных производителем свойств.  К тому же УВ уступает базальту и стеклу в некоторых видах мех. испытаний.  При том, что даже самое дорогое стекло и базальт в 10ки раз дешевле, чем самое дешевое углеродное волокно. В дополнение ко всему, по причине широкого применения углеродных волокон в оборонной промышленности, для того чтобы купить его за рубежом напрямую у производителя необходимо получение лицензии.

Буду признателен за любую обратную связь. Спасибо!

Углеводородное волокно или карбон | Блог Aquamir®.UA

Углеводородное волокно или карбон - это суперпрочный материал и в то же время довольно легкий. Это волокно в пять раз прочнее и в два раза крепче стали, но при этом вес его в два-три раза меньше. Этот материал состоит из тонких нитей карбона, которые в несколько раз тоньше человеческого волоса.

Углеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низким удельным весом и низким коэффициентом температурного расширения. Чтобы получить углеводородное волокно, необходимо произвести термическую обработку химических или природных органических волокон. В результате, количество углерода в волокне доводится как минимум к 92 процентам.

История

Углеродные волокна представляют собой новое поколение высокопрочных волокон. Впервые производство углеродного волокна было предложено и запатентовано Томасом Алва Эдисоном в 1880 г. и использовать он его предложил в качестве нитей накаливания в электрических лампах. Однако, в широкое использование углеводородные волокна вошли только в 1960 годах, как наиболее подходящий материал для воздушной армии, особенно для изготовления ракетных двигателей поскольку обладают высокой термостойкостью. В последние десятилетия, углеродные волокна начали широко применяться в области аэронавтики, изготовлению спортивного инвентаря, производства автомобилей, в сфере строительства и, конечно же, музыкальных инструментов. Для получения углеродного волокна могут быть использованы специальные волокна из фенольных смол.

Углеродные волокна идеально подходят для изготовления продукции, где прочность, плотность и легкий вес являются главными характеристиками. Более того, оно также используется, когда высокая температура, химическая инертность и высокая демпфирование при производстве продукта, играет не менее важную роль. Благодаря химической инертности углеволокнистые материалы используют в качестве фильтрующих слоёв для очистки агрессивных жидкостей и газов от дисперсных примесей, а также в качестве уплотнителей и сальниковых набивок

Появления полиакрилонитрила (ПАН) и мезофазы (МП) считается важными этапом в истории углеродных волокон. Их структура и состав значительным образом влияют на свойства получаемых углеродных волокон. Не смотря на то что, основные процессы для производства углеродного волокна чем—то схожи, то для мезофазы и полиакрилонитрила используют различные условия обработки.

Примеры использования углеродного волокна

Космонавтика, ракетостроение и самолетостроение — углеродные волокна используют в создания материалов для термозащиты космических кораблей, самолетов, ракет, изготовления их носовых частей, деталей двигателей, теплопроводящих устройств и для энергетических установок.
Автомобилестроение — используется для изготовления капотов, крыш, карданных валов, для панелей корпусов,  в изготовлении шин, газовых баков.
Промышленность — материалы для изготовления поездов, верхней панели для рентгенов, ПК корпусов,  для фильтрации агрессивных сред, очистки газов.
Спортивный инвентарь — используется при производстве удочек, велосипедов, клюшек, стоек, рукояток для клюшек и так далее.
Оборонная и военная промышленность — используется при производстве современных индивидуальных средств защиты, при производстве экзоскелетов, производство современного вооружения и частей к боевому оружию и т.д.
Медицина — специальная одежда для операционных с добавлением углеродных волокон, специальный инструмент и т.д.

Преимущества углеродного волокна

Можно с уверенностью сказать, что не совсем дорогие композиты из углеродных волокон, будут способны внести большой вклад для различных видов технологий, в том числе для технологий, который только начинают развиваться и также не стоит забывать особое значение этого волокна в человеческой жизни.  При изготовлении автомобилей, автобусов, поездов, самолетов, кораблей и т.д, начинают появляться панели и конструкции с довольно легким весом, что постепенно может привести к экономии и всемирному уменьшению употребления энергии. Недорогое углеродного волокна является национальной целью, к реализации ряда технологических прорывов производства.

Недостатки углеродных волокон

Большие затраты энергии — основная причина высокой себестоимости углеродного волокна. Впрочем, это компенсируется впечатляющим результатом.
Вторая проблема— это утилизация отходов. Когда обычный автомобиль ломается, его сталь расплавляют и используют для изготовления другого автомобиля (или здания, или чего—то другого, но с использованием этой же стали.), углеродное волокно нельзя расплавить и его довольно сложно переработать. Если все—таки переработать сталь из углеродных волокон, она потеряет свою прочность, какая была ей присуща перед утилизацией.

Классификация и виды углеродных волокон

Если ориентироваться на прочность и конечную температуру термообработки, углеродные волокна могут быть разделены на следующие категории:

На основе свойств углеродные волокна могут быть сгруппированы в:
Сверхпрочное волокно, типа UHM (коэффициент >450Гпа)
Прочное волокно, типа HM (коэффициент между 350—450Гпа)
Волокно средней прочности, типа IM (коэффициент между 200—350Гпа)
Прочное на разрыв волокно, типа HT (модуль<100Гпа прочность на разрыв> 3.0Гпa)
Волокно с высокой прочностью ( коэффициент растяжения> 4.5 Гпа)

На основе волоконных материалов, углеродные волокна подразделяются на:

Углеродные волокна на основе полиакрилонитрила
Углеродное волокно из каменноугольных и нефтяных пеков
Углеродные волокна на основе мезофазы
На основе вискозных штапельных волокон
Углеродные волокна с добавлением вискозного шелка
Активированные сорбирующие ткани

На основе температуры термообработки, углеродные волокна, подразделяются на:

Тип—1, используются при высокой термической обработки (НТТ), где необхожимая температура— 2000 ° C.
Тип—2, эти углеродные волокна поддаются средней  термообработки (IHT), где температура термообработки должна быть около или чуть выше 1500 ° C.
Тип—3, данный тип углеродных волокон используется при низкой термообработки, где температура не превышает 1000° C.

Производство углеродных волокон

Углеродное волокно — это супер прочный материал, и в то же время очень легкий.  Углеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низкимудельным весом, низким коэффициентом температурного расширения и химической инертностью. Поэтому углеродное волокно часто используют в сфере аэронавтики, изготовления спортивного инвентаря, автомобилей, при строительстве и, конечно же, в музыкальных инструментах.
Углеродные волокна, обычно, получают термической обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода.  Первый из них представляет собой окисление исходного волокна на воздухе при температуре 250 °C. После окисления следует стадия карбонизации — нагрева волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C. В результате чего происходит образование графитоподобных структур.
Процесс термической обработки заканчивается графитизацией при температуре 1600—3000 °C, которая также проходит в инертной среде. Свойства полученных углерод / графитовых волокон, могут повлиять на большое количество факторов, таких как: кристалличность, движение молекул, состав углерода и присутствие дефектов.  Полученные в результате углеродные волокна обрабатываются с целью улучшения их свойств и характеристик.

© 2016, Aquamir®.UA

При использовании материала, обратная активная гиперссылка обязательна. Спасибо.

---

Поделиться новостью в соцсетях « Предыдущая запись Следующая запись »

Почему углеродное волокно – уникальный материал?

Углеродное волокно: Преимущества, производство и интересные факты

С помощью углеродного волокна можно создавать уникальные вещи. Так почему же автопроизводители не используют этот материал в производстве? Мы посетили завод Lamborghini, чтобы это выяснить.

Углеродные волокна отличаются от стали тем, что они намного прочнее и обладают меньшим весом. Тот, кто их изобрел — несомненно, гений. Примечательно, что один из пилотов Nascar, Джонсон, участвовал в 80-х годах в гонках на автомобиле, изготовленном из углерода. Несмотря на неплохие результаты, которые он тогда продемонстрировал, с тех пор этот материал не получил широкого распространения. Основная причина – его дороговизна. На сегодняшний день самым доступным автомобилем, который изготовлен из углерода, является Alfa Romeo 4S. Впрочем, он стоит столько же, сколько и Mercedes Е-класса. А вот стоимость таких «углеродных» машин, как Maclaren и Lamborghini Aventadors, достигает шестизначных чисел в долларовом выражении. К сожалению, их производителям так и не удалось сделать углерод настолько же доступным, как и алюминий. Но почему?

Именно поэтому мы отправились в Италию, где инженеры Lamborghini, облаченные в черные халаты, «колдуют» над углеродом. По какой причине они до сих пор не смогли сделать этот материал доступным?

Углерод против стали

Сейчас для создания деталей используются жидкий алюминий, сталь, магний. Сначала их разогревают до необходимой температуры, а затем заливают в специальные формы. При этом данные материалы позволяют создавать не только отдельные детали, но и объединять их воедино. Вот только проделать то же самое с углеродом не получится. Чтобы с ним можно было работать, его требуется поместить в морозильник. То есть, в отличие от той же стали, он не переносит высокой плюсовой температуры.

Специальные рулоны из углеродного волокна, заполненные смолой и обработанные специальным клеем, помещаются в холодильники, где хранятся при нулевой температуре. Достаточно лишь увеличить температурный режим на пару градусов, и смола тут же затвердеет. К слову, разрезать углеродные заготовки с помощью лазера не получится. Для этих целей необходимо использовать лезвие. Углеродные волокна, которые поместили в холодильник, остаются податливыми лишь в течение суток. По прошествии 24 ч. они уже не поддаются обработке.

 

Смотрите также: Десять материалов, из которых производили автомобили

Так что инженерам из Lamborghini необходимо поторопиться. Но прежде они должны разогреть заготовки, чтобы смола затвердела. Женщина по имени Пиера нагревает материал феном. Делает она это предельно аккуратно, так как понимает, что слишком высокая температура может сделать углерод менее податливым.

Инновационные технологии и ручная работа

Стоит уточнить, что мы посетили завод Lamborghini не впервые — 10 лет назад нам уже доводилось здесь бывать. Так же, как и сейчас, мы тогда наблюдали за работой женщины. Вот только она обрабатывала не углеродные заготовки — женщина вручную сшивала обшивку сидений Lamborghini Murselago. В тот момент показалось, что это неэффективно — о каком массовом производстве автомобилей можно говорить, если всю работу выполняют не роботы, а люди? И вот теперь я снова наблюдаю подобную картину. Итальянка, как и 10 лет назад, все делает своими руками. Конечно, ручная обработка углерода занимает много времени, но на сегодняшний день это самый экономичный способ изготовить необходимую деталь.

Лучано Де Ото, руководитель композиционного исследовательского Центра компании «Lamborghini» уверяет, что ручная обработка углерода – наиболее эффективный метод изготовления той или иной детали. По крайней мере, данное утверждение касается небольшого объема работ. Если же, например, необходимо изготовить 2 тыс. деталей, то без автоматизации процесса не обойтись. Но в таком случае углеродные детали получатся недостаточно качественными.

Для того, чтобы придать углеродным волокнам необходимую структуру, требуется запечатать углеродный лист в пластиковую форму и выкачать оттуда весь воздух. Как только последний будет полностью удален из формы, нужно создать дополнительный вакуум. Эта процедура повторяется до тех пор, пока каждый слой углерода не лишится воздуха. Безусловно, это весьма утомительно. Например, компания BMW имеет соответствующие роботизированные производственные линии, которые значительно упрощают этот процесс. Тем не менее, он все равно остается долгим и трудоемким.

 

Смотрите также: Как создают Honda NSX фотоотчет с производства

Изготовление углеродных деталей требует не только больших временных затрат, но и энергетических. Ведь для того, чтобы сделать этот материал податливым, необходимо раскалить печь до 400 градусов. При этом она должна работать в таком режиме на протяжении 6 часов. Представляете, какие затраты на электроэнергию? Впрочем, компания Lamborghini удешевила этот процесс. На крыше завода установлены фотоэлектрические солнечные батареи на 1,2 МВт. Конечно, это капля в море, но все же экономия ощутима.

Массовое производство

Пока инженеры работают с углеродом, мы направились в цех, где другие рабочие Lamborghini изготавливают кованые детали. В отличие от первых, последние используют грубые углеродные волокна, которые еще называют рубленными. Из них автоматизированные машины формируют квадратные листы, которые прессуют в специальные формы и нагревают до температуры в 300 градусов. Такой метод обработки углерода позволяет изготовить необходимую деталь в течение 20 мин.

Полученные подобным способом углеродные детали не отличаются высоким качеством. Лучано Де Ото говорит, что ручная обработка углеродных волокон никогда не позволит создать доступные детали, стоимость которых будет сопоставима с алюминиевыми. Что же касается автоматизированной производственной линии, то он уверен, что через 10 лет технологии позволят усовершенствовать ее до такой степени, что изготовленные на ней углеродные детали не будут уступать по качеству тем, которые создаются вручную. В настоящий момент рубленными углеродными элементами, полученными механическим способом, оснащена BMW i3.

Нет никаких сомнений, что Lamborghini не откажется от ручной обработки углерода и в будущем, так как всегда найдутся автолюбители, которые захотят приобрести эксклюзивный автомобиль. Правда, им придется набраться немного терпения — на изготовление такой машины уходит примерно 3 недели.

Интересные факты

1. Томас Эдисон сделал углеродные волокна из бамбука и хлопка, используя их в качестве нити накала в лампочках.
2. При помощи углеродных волокон компания «Boeing» осуществляет ремонт своих самолетов.
3. Примерно 70% углеродного волокна производится в Японии.

Каспер Стенберген, глава отдела по ремонту композитных материалов на Lamborghini, не доволен тем, что сейчас таможни многих стран не желают возиться с углеродными волокнами. То есть, владельцы машин, изготовленных из композита, в случае повреждения обшивки авто не могут рассчитывать на быстрый ремонт, не везти же им свои Lamborghini в Италию.

 

Смотрите также: Как автопроизводители снижают вес своих автомобилей

Впрочем, итальянская компания все же ухитряется оказывать им помощь. Особенно повезло китайцам — Lamborghini построила там завод, где за относительно короткий срок ремонтируют композитные машины в соответствии с общепринятым стандартом ISO 17065. Более того, на ремонт могут рассчитывать не только владельцы Lamborghini. Также компания помогает и автолюбителям, которые в свое время приобрели композитные Ferrari Enzo.

 

Автор: Сергей Василенков

Ученые КузГТУ научились получать экологичное углеродное волокно из угля без коксования :: Кузбасский государственный технический университет

Ученые института химических и нефтегазовых технологий Кузбасского государственного технического университета путем глубокой переработки угля получили первые опытные образцы сырья для углеродного волокна, которое может заменить металл и пользуется высоким спросом при производстве композитных материалов для энергетики, авиа- и машиностроения. Особенностью разработки является ее экологичность.

– В России и в мире растет производство и потребление композитных материалов на основе углеродного волокна. Пока в нашей стране углеволокно делают из ПАН-волокна и каменноугольной смолы – это неэкологичное сырье, с канцерогенами.  К тому же оно, в основном, уходит на нужды электродной промышленности, на производство углеволокна его не хватает. Поэтому мы разрабатываем новый метод получения такого сырья непосредственно из угля, минуя промежуточные стадии переработки (в том числе коксование). Итогом станет безопасный для здоровья человека и окружающей среды высококачественный продукт, – сказала директор института и руководитель проекта Татьяна Черкасова.

Конечными продуктами из углеволокна, полученного по разработанному учеными КузГТУ методу, станут инновационные композиционные материалы, которые используются в электронике, энергетике, машиностроении, авиастроении, производстве космических аппаратов. Их отличает износостойкость, легкость и прочность.

– Ими также заменяют металл и другие дорогостоящие конструкционные материалы, так как композиционные материалы на основе искусственных углеволокон дешевле и обладают такими же качественными характеристиками, – добавила Татьяна Григорьевна.

Широкое использование материалов на основе углеродных волокон позволяет не только получить уникальные по своим свойствам продукты, которые используются в различных сферах, но и снизить выбросы в атмосферу диоксида углерода и сэкономить не одну тонну топлива. Метод производства, разработанный в Кузбасском политехе, основан на технологии термического растворения углей, которое происходит с использованием специальных органических растворов и без коксования угля.

Проект по производству сырья для инновационных материалов реализуется университетом в рамках комплексной научно-технической программы полного инновационного цикла КНТП «Чистый уголь – Зеленый Кузбасс», реализуемой научно-образовательным центром «Кузбасс».

Углеродное волокно – восстановление здоровья или одно из самых эффективных лечений современности

Что такое углеродное волокно и за счёт чего оно может лечить и восстанавливать здоровье ? За счет чего углеродная ткань обладает такой уникальной целительной силой?

Для некоторых, углеродная ткань не представляет никакой ценности, в силу отсутствия каких-либо знаний об этом материале и его уникальных свойствах.

Углеродный текстильный материал на самом деле может помочь вашему организму задействовать свои природные возможности по регенерации и восстановлению больных, поврежденных органов и тканей. 

В народе иногда данный текстильный материал называю «черный подорожник» отождествляя его с природным целительным растением.

Вся его ценность кроется в том, из чего его производят и каким образом.

Углеродное волокно получают термической обработкой химических полимерных (ПАН) или природных органических волокон (вискозных) за счет их поэтапной высокотемпературной обработки (до 3000°C). Содержание углерода в готовом волокне составляет 92-99,99 %.

Если при производстве углеродного волокна полиакрилонитрил (ПАН) используется в большей степени как композит конструкционный, где определяющим является прочность, то вискозное волокно в высокотемпературных процессах дополняет и замещает графит. Поэтому, вискозное углеродное волокно и применяется в первую очередь, как углеродный материал, а не как сверхпрочный конструкционный.

Само же по себе исходное вискозное волокно (белое)  — это искусственное химическое волокно из гидратцеллюлозы, полученное в свою очередь из природной целлюлозы в процессе многоступенчатой щелочной обработки. Гидратцеллюлоза характеризуется высокими сорбционными свойствами, гигроскопичностью и большей способностью к гидролизу, этерификации и окислению. Поэтому в основу лечебных свойств углеродного волокна и ткани заложено именно вискозное волокно.

Упрощённо схему получения вискозного материала (основного сырья для углеродного материала) можно представить следующим образом:

Далее готовое вискозное волокно в виде ткани или нити передается на высокотемпературную обработку, где уже формируется само углеродное волокно:

Углеродный волокнистый сорбент производится на основе пиролиза (разложения органических природных соединений при недостатке кислорода) с последующей активацией волокон на основе вискозы. Такой материал характеризуются микропористой структурой, предназначенной для сорбции вредных веществ. Изменяя условия процесса активации можно улучшать сорбционные свойства материала за счет увеличения объема микропор. Углеродный волокнистый материал обладает отличными сорбционными свойствами (1 гр. может поглотить до 50 гамм нефтепродуктов).

В готовом виде углеродное волокно состоит из микро нитей диаметром до 15 микрон, полученных в основном атомами углерода. Атомы углерода объединены в микро- кристаллы, выстроенные параллельно друг другу в виде слоев графита. При нагреве и вытяжке угловое расположение этих слоев может значительно изменяться. Ориентация углеродных слоев становится более совершенной при увеличении температуры термообработки.  Поры волокна сориентированы  вдоль своей оси.  Их объемная доля увеличивается с повышением температуры и уменьшается при вытяжке.

Регулируя процесс термообработки, можно получить углеродное волокно с различными электрофизическими свойствами.

Исходя из сложной морфологической  структуры элементарного углеволокна,  данный материал обладает способностью образовывать стабильные цепи, обеспечивающие разнообразие органических соединений. Углеродная ткань уникальна и тем, что воздух проходя через ее волокна  насыщается отрицательными ионами, что благотворно влияет на весь организм, исцеляя его от многих болезней.

Исходя из природных свойств исходного сырья, самой технологии его переработки и рождаются полезные свойства этого материала, который может быть представлен в виде углеродных салфеток, повязок, жгутов и других текстильных и трикотажных изделий.

Уникальность углеродной ткани, как средства для восстановления здоровья заключается в его :

• высоких сорбционных свойствах
• способности сохранять инфракрасное излучение, исходящее от самого источника

Высокие сорбционные свойства углеродного волокна способствуют эффективному снятию воспалительных процессов, повреждений различной этиологии и стимуляции роста жизнеспособных грануляций. Восстановление поврежденных тканей и органов происходит в 2 раза быстрее по сравнению с обычными методами лечения.

Сложная структура углеродной ткани, её волокнистость  и одновременно токопроводность, обеспечивают применение материала в качестве экрана от электромагнитных излучений.

В свою очередь данное свойство может позитивно влиять и на здоровье —  способствовать регенерации и стимуляции иммунной системы  человека за счет возможности возврата этого излучения тем клеткам, органам и системам, которые они излучают сами на тех же частотах.

Кроме электромагнитного излучения такой углеродной ткани свойствены нейтральность к воде, высокой температуре, агрессивным средам и она обладает высокой поглощаемостью запахов. Свойство переотражения инфракрасного излучения способствует созданию эффекта сухого тепла, направленного на регенерацию и восстановление поврежденных органов и тканей, стимуляцию иммунной системы.

Процесс регенерации и восстановления органов является сегодня одной из актуальных тем биологии и современной медицины. Ученые всего мира до конца не могут понять, почему у одних живых организмов процесс восстановления тканей присущ (пресмыкающиеся и тому подобные), а для других нет. Загадка кроется в этапе эмбрионального начала развития организма, когда этот процесс вполне осуществим, за счет пиковой активности регенерирующей функции организма. И все усилия сводятся к тому, чтобы разбудить мозг и заставить вспомнить этот этап и активировать эту природную возможность.

Конечно, современная медицина в своем идеале имеет определенные подходы в решении такой проблемы. Есть утверждения, что процесс регенерации тканей живого организма возможен только с помощью стволовых клеток, которых во взрослом организме очень ограниченное количество. Именно с детородной функции образуются первые стволовые клетки, с которых начинается развитие органов и тканей человека. Поэтому целью современной науки и является поиск методов и способов активизации организма к воспроизводству этих, уникальных своего рода, клеток.

Пытаясь раскрыть тайну регенерации тканей и проводя исследования над организмами, обладающими такими способностями (ящерицы, моллюски, саламандра), учёные Австралийского института регенеративной медицины сделали заявление, что в основе регенерационной способности организма лежат клетки иммунной системы, которые предназначены переваривать отмершие клетки, грибки и бактерии, отторгнутые организмом и способствовать созданию на их основе здоровых, в прямом смысле этого слова.

Долгие эксперименты на саламандрах позволили специалистам сделать заключение, что именно клетки иммунной системы формируют особые химические вещества, которые создают основу регенеративного процесса. Активировать регенерационные процессы, в человеческом организме, возможно только добавив в него определенные специальные компоненты или пробудив саму иммунную систему выполнять  свои врожденные функции.

Вот в этом как раз и проявляются лечебные свойства углеродной ткани, как источника инфракрасного излучения от тех же органов, которые его излучают, пробуждая тем самым иммунную систему человека на восстановление больных клеток, органов и систем!

Для этих целей успешно используется текстильный углеродный сорбент медицинского назначения в виде углеродных салфеток, повязок, жгутов, поясов,  шорт, нарукавников, наколенников, масок для сна и углеродных вкладышей для постельного белья.

В заключение хотелось бы отметить, что углеродное волокно на вискозной основе представляет из себя сложной морфологической  структуры продукт на природной основе, созданный в процессе его высокотехнологичной обработки.

Из-за своей уникальности и относительной дороговизны, данный материал ограничен объемами своего производства в мировых масштабах. Учитывая свою техническую и социальную значимость, данный материал является дефицитным продуктом.

Все об углеродном волокне и его производстве

Углеродное волокно, также называемое графитовым волокном или углеродным графитом, состоит из очень тонких нитей углеродного элемента. Эти волокна обладают высокой прочностью на разрыв и чрезвычайно прочны для своего размера. Фактически, одна из форм углеродного волокна — углеродные нанотрубки — считается самым прочным из доступных материалов. Применение углеродного волокна включает строительство, машиностроение, аэрокосмическую промышленность, высокопроизводительные автомобили, спортивное оборудование и музыкальные инструменты.В области энергетики углеродное волокно используется в производстве лопастей ветряных мельниц, хранилищах природного газа и топливных элементах для транспорта. В авиастроении он находит применение как в военной, так и в коммерческой авиации, а также в беспилотных летательных аппаратах. Для разведки нефти он используется в производстве глубоководных буровых платформ и труб.

Быстрые факты: статистика углеродного волокна

• Каждая нить углеродного волокна имеет диаметр от пяти до 10 микрон. Чтобы дать вам представление о том, насколько это мало, один микрон (мкм) равен 0.000039 дюймов. Одна нить шелка паутины обычно имеет толщину от трех до восьми микрон.
• Углеродные волокна в два раза жестче стали и в пять раз прочнее стали (на единицу веса). Они также обладают высокой химической стойкостью и устойчивы к высоким температурам с низким тепловым расширением.

Сырье

Углеродное волокно изготовлено из органических полимеров, которые состоят из длинных цепочек молекул, удерживаемых вместе атомами углерода. Большинство углеродных волокон (около 90%) производятся с помощью процесса полиакрилонитрила (PAN).Небольшое количество (около 10%) производится из искусственного шелка или нефтяного пека.

Газы, жидкости и другие материалы, используемые в производственном процессе, создают определенные эффекты, качества и сорта углеродного волокна. Производители углеродного волокна используют запатентованные формулы и комбинации сырья для материалов, которые они производят, и в целом они относятся к этим конкретным составам как к коммерческой тайне.

Углеродное волокно высшего сорта с наиболее эффективным модулем упругости (константа или коэффициент, используемый для выражения числовой степени, в которой вещество обладает определенным свойством, таким как эластичность), свойства используются в таких требовательных приложениях, как аэрокосмическая промышленность.

Производственный процесс

Создание углеродного волокна включает в себя как химические, так и механические процессы. Сырье, известное как прекурсоры, втягивается в длинные нити, а затем нагревается до высоких температур в анаэробной (бескислородной) среде. Вместо того, чтобы гореть, сильная жара заставляет атомы волокна так сильно вибрировать, что почти все неуглеродные атомы выбрасываются.

После завершения процесса карбонизации оставшееся волокно состоит из длинных, плотно связанных цепочек углеродных атомов с небольшим количеством неуглеродных атомов или без них.Эти волокна впоследствии вплетаются в ткань или комбинируются с другими материалами, которые затем наматываются на нити или формуются в желаемые формы и размеры.

Следующие пять сегментов являются типичными в процессе производства углеродного волокна PAN:

1. Прядение. PAN смешивается с другими ингредиентами и превращается в волокна, которые затем промываются и растягиваются.
2. Стабилизатор. Волокна подвергаются химическому изменению для стабилизации склеивания.
3. Карбонизация . Стабилизированные волокна нагреваются до очень высокой температуры, образуя прочно связанные кристаллы углерода.
4. Обработка поверхности . Поверхность волокон окислена для улучшения адгезионных свойств.
5. Калибровка. Волокна покрываются и наматываются на бобины, которые загружаются в прядильные машины, которые скручивают волокна в пряжу разного размера. Вместо того, чтобы вплетаться в ткани, волокна также могут быть сформированы в композитные материалы с использованием тепла, давления или вакуума для связывания волокон вместе с пластиковым полимером.

Углеродные нанотрубки производятся с помощью другого процесса, чем стандартные углеродные волокна. По оценкам, нанотрубки в 20 раз прочнее своих предшественников, их выковывают в печах, в которых для испарения углеродных частиц используются лазеры.

Производственные проблемы

Производство углеродных волокон связано с рядом проблем, в том числе:

• Необходимость более экономичного восстановления и ремонта
• Неустойчивые производственные затраты для некоторых приложений: например, даже несмотря на то, что новая технология находится в стадии разработки, из-за непомерно высоких затрат использование углеродного волокна в автомобильной промышленности в настоящее время ограничивается высокопроизводительными и роскошными автомобилями.
• Процесс обработки поверхности необходимо тщательно регулировать, чтобы избежать образования ямок, которые могут привести к повреждению волокон.
• Для обеспечения стабильного качества требуется тщательный контроль
• Проблемы со здоровьем и безопасностью, включая раздражение кожи и дыхания
• Дуги и короткое замыкание в электрооборудовании из-за сильной электропроводности углеродных волокон

Углеродное волокно будущего

Поскольку технология углеродного волокна продолжает развиваться, возможности углеродного волокна будут только расширяться и расширяться.В Массачусетском технологическом институте несколько исследований, посвященных углеродному волокну, уже показывают большие перспективы для создания новых производственных технологий и дизайна для удовлетворения растущего спроса в отрасли.

Доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института Джон Харт, пионер нанотрубок, работал со своими учениками над преобразованием технологии производства, включая поиск новых материалов, которые будут использоваться в сочетании с 3D-принтерами коммерческого уровня. «Я попросил их подумать совершенно нестандартно; смогут ли они придумать трехмерный принтер, которого никогда раньше не делали, или полезный материал, который нельзя напечатать на современных принтерах», — пояснил Харт.

Результатом стали прототипы машин для печати расплавленного стекла, мягкого мороженого и композитов из углеродного волокна. По словам Харта, студенческие команды также создали машины, которые могли обрабатывать «параллельную экструзию полимеров на большой площади» и выполнять «оптическое сканирование на месте» процесса печати.

Кроме того, Харт работал с адъюнкт-профессором химии Массачусетского технологического института Мирчей Динка в рамках недавно завершившегося трехлетнего сотрудничества с Automobili Lamborghini, чтобы исследовать возможности нового углеродного волокна и композитных материалов, которые могут в один прекрасный день не только «сделать весь кузов автомобиля доступным». используется в качестве аккумуляторной системы, «но приводит к» более легким и прочным корпусам, более эффективным каталитическим нейтрализаторам, более тонкой краске и улучшенной теплоотдаче силовой передачи [в целом].»

С такими ошеломляющими прорывами на горизонте неудивительно, что рынок углеродного волокна, согласно прогнозам, вырастет с 4,7 млрд долларов в 2019 году до 13,3 млрд долларов к 2029 году, при среднегодовом темпе роста (CAGR) на 11,0% (или немного выше) выше. тот же период времени.

Источники

• МакКоннелл, Вики. «Изготовление углеродного волокна». Мир Композитов . 19 декабря 2008 г.
• Шерман, Дон. «За пределами углеродного волокна: следующий прорывный материал в 20 раз прочнее.« Автомобиль и водитель. 18 марта 2015 г.
• Рэндалл, Даниэль. «Исследователи Массачусетского технологического института сотрудничают с Lamborghini в разработке электромобиля будущего». MITMECHE / В новостях: Химический факультет. 16 ноября 2017 г.
• «Рынок углеродного волокна по сырью (PAN, смола, вискоза), типу волокна (первичное, переработанное), типу продукта, модулю упругости, применению (композитное, некомпозитное), промышленности конечного использования (A & D, автомобилестроение, Энергия ветра) и Регион — Глобальный прогноз до 2029 г.»MarketsandMarkets ™. Сентябрь 2019 г.

Образование углеродного волокна при электрических разрядах в углеводородах

Результаты спектроскопических исследований и вольт-амперных характеристик коронного и обратного разрядов, возникающих в геометрии точечного электрода в СО2 при атмосферном давлении для положительной и отрицательной полярности разрядного электрода, представлены в таблице. бумага. Были исследованы три формы обратного разряда для обеих полярностей: тлеющий, стримерный и слаботочная обратная дуга.Для создания обратных разрядов для условий, аналогичных электрофильтру, пластинчатый электрод был покрыт слоем летучей золы. Чтобы охарактеризовать процессы обратного разряда, спектры излучения были измерены и сравнены со спектрами, полученными для нормального разряда, генерируемого при той же конфигурации электрода, но без слоя летучей золы на пластинчатом электроде. Измерения показали, что спектральные линии оптического излучения атомов и молекул, возбужденных или ионизированных в обратном разряде, зависят от формы разряда, тока разряда и различаются в зонах вблизи игольчатого электрода и слоя летучей золы.Путем сравнения спектральных линий обратного и нормального разрядов было определено влияние слоя летучей золы на характеристики и морфологию разряда. При нормальной короне спектры излучения в основном определяются компонентами рабочего газа, но в случае обратного разряда также идентифицируются атомные и молекулярные линии, обусловленные химическим составом летучей золы. Различия в спектрах обратного разряда для положительной и отрицательной полярностей игольчатого электрода были объяснены рассмотрением типа ионов, генерируемых в кратере в слое летучей золы.Для обратной дуги излучение спектральных линий атомов и молекул из слоя летучей золы может быть зарегистрировано в зоне кратера, но в зоне иглы можно заметить только линии излучения CO2 и продуктов его разложения (CO и C2). Исследования обратного разряда в CO2, как одном из основных компонентов дымовых газов, были предприняты потому, что этот тип разряда после нежелательного возникновения снижает энергию и эффективность улавливания электростатическим фильтром. Вторая причина этих исследований заключается в том, что CO2 является основным компонентом дымового газа, выходящего из кислородно-топливного котла, который рециркулирует в цикле сжигания-осаждения.Было показано, что разряды в СО2 приводят к загрязнению разрядного электрода углеродистыми продуктами, что может вызвать серьезные проблемы с обслуживанием электрофильтра. Признание характеристик электрофильтра, работающего в кислородно-топливной системе, поэтому имеет решающее значение для очистки выхлопных газов в современных системах сгорания. © EDP Sciences, SIF, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013

SABIC планирует строительство нового завода по производству углеродного волокна в Саудовская Аравия

15.06.2011

Saudi Basic Industries Corporation (SABIC) объявила в среду о подписании технологического соглашения с Montefibre S.p.A (Montefibre) предоставляет SABIC и ее дочерним компаниям обширную международную лицензию на технологию углеродного волокна, разработанную Montefibre.

SABIC заявила, что сначала будет использовать эту технологию для нового завода по производству углеродного волокна, который будет построен в Саудовской Аравии.

Завод продемонстрирует, как SABIC продолжает добавлять новые инновационные специализированные продукты к своему ассортименту, заявили в компании. По словам официальных лиц, это позволит SABIC удовлетворить растущий спрос на углеродное волокно и композиты на таких быстрорастущих рынках, как альтернативная энергетика, транспорт и инфраструктура.

SABIC и Montefibre также договорились изучить возможность интеграции нового завода по производству углеродного волокна в Испании в существующее производство акрилового волокна в Montefibre, что позволит SABIC ускорить разработку продукта и деятельность по аттестации материалов с клиентами и конечными пользователями. .

Ожидается, что после завершения проекта углеродного волокна на внутреннем рынке будет обеспечено более 3000 метрических тонн углеродного волокна промышленного качества для обслуживания развивающихся местных рынков Ближнего Востока, а также международных рынков.

Комментируя стремление SABIC выйти на рынок углеродного волокна, Коос ван Хаастерен, исполнительный вице-президент по химическим веществам, сказал: «Этот проект углеродного волокна станет основой для создания производственно-сбытовой цепочки мирового класса из углеродных композитов в Саудовской Аравии. Аравия и ценное расширение нашего предложения инновационных продуктов и услуг для наших клиентов на ключевых рынках.

Проект также будет включать создание нового центра разработки продуктов из углеродного волокна и возможностей разработки приложений для композитных пластиков в Центре разработки приложений SABIC Plastics (SPADC), который в настоящее время строится в исследовательском комплексе Техно-Вэлли в Эр-Рияде при Университете Короля Сауда.

Как завод по производству углеродного волокна, так и возможности SPADC согласованы с Национальной программой развития промышленных кластеров Саудовской Аравии по развитию и диверсификации производственного сектора в Саудовской Аравии.

Дерек Бакмастер, генеральный менеджер по функциональным полимерам, сказал: «Углеродное волокно — это продукт, который предложит нашим клиентам большую ценность и позволит им достичь своих целей в области устойчивого развития. Например, сокращение выбросов парниковых газов на транспортных рынках, таких как автомобильные, тяжелые грузовые автомобили и железнодорожные перевозки, возможно за счет снижения веса за счет использования легких композитов из углеродного волокна.”

Финансовые подробности не разглашаются.

Новости по теме

Из архива

Ученые производят углеродное волокно из растений вместо нефти

Углеродное волокно — это супермен материалов. В пять раз прочнее стали и намного легче, он используется во всем: от теннисных ракеток до клюшек для гольфа, велосипедов и лопастей ветряных турбин, пассажирских самолетов и гоночных автомобилей Формулы-1.Есть только одна загвоздка: углеродное волокно производится из масла и других дорогостоящих ингредиентов, что делает конечный продукт исключительно дорогим. Вот почему углеродное волокно используется в гоночных автомобилях, но редко попадает в минивэны. Это могло измениться. Ученые говорят, что вскоре станет возможным производить углеродное волокно из растений вместо нефти, что снизит затраты и сделает этот материал более доступным для использования в автомобилях, самолетах и ​​других транспортных средствах. Углеродное волокно производится из химического вещества под названием акрилонитрил. В настоящее время производители делают акрилонитрил из масла, аммиака, кислорода и дорогостоящего катализатора.В процессе выделяется много тепла и образуется токсичный побочный продукт. А поскольку акрилонитрил производится из нефти, стоимость углеродного волокна имеет тенденцию расти и падать вместе с ценой на нефть.

Гоночный автомобиль с кузовом из углеродного волокна Rhots

«В прошлом цены на акрилонитрил были свидетелями больших колебаний, что, в свою очередь, привело к снижению темпов внедрения углеродных волокон для облегчения легковых автомобилей и самолетов», — сказал Грегг Бекхэм. руководитель группы в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии и соавтор недавней статьи, в которой подробно описывается это исследование.«Если вы сможете стабилизировать цену на акрилонитрил, предоставив новое сырье для производства акрилонитрила, — сказал он, добавив, — мы сможем сделать углеродное волокно дешевле».

Бекхэм и группа исследователей из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии разработали новый процесс производства акрилонитрила, в котором используются растения, а именно те части, которые люди не могут есть, такие как стебли кукурузы и пшеничная солома. Ученые разложили эти материалы на сахара, которые преобразовали в кислоту и в сочетании с недорогим катализатором получили акрионитрил.В процессе не выделялось избыточного тепла и не возвращались токсичные побочные продукты.

Ученые объединили сырые ингредиенты, необходимые для производства акрионитрила в этом реакторе. Dennis Schroeder / NREL

Ученые считают, что растительный процесс можно расширить и использовать в производстве. В настоящее время исследователи работают с несколькими фирмами над производством большого количества акрилонитрила, который будет превращен в углеродное волокно и протестирован для использования в автомобилях. Удешевив углеродное волокно, ученые могут помочь автовладельцам сэкономить деньги в долгосрочной перспективе.Автомобили из углеродного волокна легче, чем из стали. В результате им требуется меньше топлива, чтобы преодолеть такое же расстояние, что помогает водителям экономить на бензине, а также сокращает углеродное загрязнение, вызывающее потепление планеты.

Существует тенденция, когда ученые производят нефтепродукты из растений. В конце концов, нефть производится из доисторических растений, которые были похоронены и подвергались воздействию высокой температуры и давления в течение миллионов лет. Исследователи пытаются избавиться от посредников — получать необходимые химические вещества непосредственно из растений, уменьшая нашу зависимость от нефти.

«Мы будем проводить более фундаментальные исследования», — сказал Бекхэм. «Помимо масштабирования производства акрилонитрила, мы также рады использовать этот мощный и надежный химический состав для производства других повседневных материалов».

Джереми Дитон пишет для Nexus Media, синдицированной новостной ленты, освещающей климат, энергетику, политику, искусство и культуру. Вы можете подписаться на него @deaton_jeremy .

CAER, ORNL Research Partnership по превращению угля в высококачественное углеродное волокно

ЛЕКСИНГТОН, штат Кентукки.(20 августа 2020 г.) — Центр прикладных энергетических исследований Университета Кентукки (CAER) и Национальная лаборатория Окриджа (ORNL) Министерства энергетики США (DOE) объединяют усилия для реализации проекта стоимостью 10 миллионов долларов по превращению угля в высокоэффективный уголь. -ценные углеродные волокна и композиты. Проект финансировался Управлением ископаемой энергии Министерства энергетики США.

Этот проект под названием «C4WARD: конверсия угля для углеродных волокон и композитов» направлен на развитие фундаментальных и переводческих научных и инженерных наук, необходимых для создания энергоэффективных и экономичных процессов производства углеродных волокон с регулируемыми свойствами.Он будет решать проблемы, связанные с переработкой угля, изменчивостью угольного сырья и масштабированием производства углеродного волокна от лабораторных до полупроизводственных масштабов.

Исследования по превращению угля в углеродное волокно показывают большие надежды на положительное влияние на вялую угольную промышленность страны. В 2019 году добыча, потребление и занятость угля в США достигли самого низкого уровня за 40 лет. Эти тенденции, вероятно, сохранятся, поскольку уголь продолжает уступать долю рынка природному газу и возобновляемым источникам энергии в электроэнергетическом секторе.Недавние исследования показывают, что использование угля в США для производства угля в продукты может достичь уровней использования того же порядка, что и энергетический уголь.

«Исследователи из UK CAER продолжают раздвигать границы инноваций в поддержку шахтеров Кентукки и семей, которые на них полагаются. Я был горд тем, что поддержал команду Великобритании, которая изучает производство угля и его потенциал для получения хорошо оплачиваемых рабочих мест в Кентукки », — сказал лидер большинства в Сенате США Митч МакКоннелл.«С тех пор, как я присоединился к Сенату, я постоянно боролся за угольные сообщества Кентукки. Для выполнения этой миссии я использовал свою роль лидера большинства в Сенате, чтобы помочь предоставить эту передовую возможность нашему Содружеству. Я хотел бы поздравить UK CAER с этим национальным признанием и с нетерпением жду их дальнейшего вклада в Кентукки ».

Рынок углеродных волокон, однако, продолжает расти, что обусловлено более широким использованием в аэрокосмической и оборонной промышленности, а также облегчением автомобилей.Новый рост рынка в других крупносерийных сферах применения, таких как теплоизоляция зданий и материалы для строительства и инфраструктуры, также является многообещающим. Ожидается, что рынок углеродных волокон будет расти со среднегодовыми темпами роста 12% до 2024 года.

Сотрудничество позволит двум ведущим мировым научно-исследовательским организациям в области углеродного волокна максимально расширить свой опыт в этой области.

Группа

CAER Materials Technologies под руководством директора Родни Эндрюса и заместителя директора Мэтта Вайзенбергера возглавит усилия по переработке разнообразного угольного сырья в углеродные волокна и композиты.CAER является мировым лидером в разработке углеродного волокна из различных источников и является домом для крупнейшего предприятия по производству углеродного волокна в любом академическом учреждении в Северной Америке.

CAER будет работать с ORNL над оптимизацией переработки угольного пека для разработки углеродного волокна и композитов. CAER будет производить углеродное волокно в лабораторных масштабах, чтобы установить взаимосвязи между структурой и свойствами между исходным угольным материалом и полученным углеродным волокном, чтобы установить взаимосвязь между обработкой, структурой и свойствами.ORNL будет сотрудничать с CAER на этом этапе проекта, используя их опыт в области химии и высокопроизводительных вычислений, чтобы сопоставить молекулярную структуру угля с его технологичностью, определяя оптимальные составы пека для изготовления углеродных волокон с настраиваемыми свойствами.

«Университет Кентукки надеется на сотрудничество с Национальной лабораторией Ок-Ридж над этим важным проектом», — сказал президент Университета Кентукки Эли Капилуто. «Используя наш опыт и сотрудничая с дальновидными партнерами, мы можем ускорить переработку угля и оживить рынок.Как учреждение, предоставляющее землю в Кентукки, Великобритания несет ответственность за поощрение экономического процветания за счет инноваций и открытий, и это идеальная возможность для выполнения этих задач. Мы не стали бы праздновать этот захватывающий проект без твердой и последовательной поддержки лидера большинства в Сенате Митча МакКоннелла. Сенатор МакКоннелл был одним из первых и горячим сторонником этой работы, и мы ценим его стремление к тому, чтобы CAER оставалась мировым лидером в области исследований и разработок в области энергетики ».

CAER и ORNL также будут сотрудничать в разработке условий процесса для увеличения производства волокна на заводе по производству углеродного волокна (CFTF) в ORNL, единственном назначенном Министерством энергетики США предприятии для инноваций в углеродном волокне.CFTF, объект площадью 42 000 квадратных футов, обеспечивает платформу для выявления высокопотенциального и недорогого сырья, включая текстиль, лигнин, полимеры и прекурсоры на основе углеводородов. Используя CFTF, ORNL разрабатывает оптимальные механические свойства углеродного волокна, уделяя особое внимание свойствам структуры и оптимизации процесса.

Установка может работать в индивидуальной конфигурации и имеет мощность до 25 тонн в год, что позволяет промышленности проверять конверсию своих предшественников углеродного волокна в полупроизводственном масштабе.

ORNL также возглавит усилия по определению характеристик материалов, технико-экономическому анализу и этапам внедрения технологий на рынок в рамках проекта.

«ORNL с нетерпением ждет возможности внести свой вклад в это ценное партнерство со своим опытом и уникальными возможностями, чтобы раздвинуть границы возможного в области материаловедения и передового производства», — сказал заместитель ORNL по проектам Мо Халил. «Сотрудничая с Университетом г. Кентукки, мы сделаем прорыв на рынке, чтобы укрепить нашу экономическую и национальную безопасность.”

«Повышение стоимости экономики Кентукки и страны долгое время было отличительной чертой наших исследований и информационно-пропагандистской деятельности в Центре прикладных энергетических исследований Великобритании», — сказал Эндрюс. «Этот проект по превращению угля в углеродное волокно позволяет нам продолжить эту традицию новыми и интересными способами и вместе с партнером из Национальной лаборатории Ок-Ридж, которая известна во всем мире своими программами инноваций, открытий и передачи технологий. От имени CAER я благодарю сенатора МакКоннелла за поддержку этой работы и важных исследовательских программ CAER на протяжении всей его карьеры.”

ORNL управляется UT-Battelle для Управления науки Министерства энергетики США, крупнейшего спонсора фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах. Управление науки Министерства энергетики США работает над решением некоторых из самых насущных проблем современности. Для получения дополнительной информации посетите https://energy.gov/science.

ПРОИЗВОДСТВО ВОЛОКОННЫХ И ГРАФЕНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДА

В этом патентном документе испрашивается приоритет предварительной заявки на патент США №61 / 801,522, озаглавленный «РАСШИРЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДА ВОЛОКНА И ГРАФЕНА ДЛЯ ТАНКОВ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ АНГ» и подана 15 марта 2013 г. Все содержание вышеупомянутой патентной заявки включено посредством ссылки как часть раскрытия этого патентного документа. .

Этот патентный документ относится к системам, устройствам и процессам, в которых используются наноразмерные материалы для производства углеродных нановолокон.

Нанотехнологии предоставляют методы или процессы для изготовления структур, устройств и систем с функциями на молекулярном или атомном уровне, например.g., структуры в диапазоне от одного до сотен нанометров в некоторых приложениях. Например, устройства наномасштаба могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы их размеры были примерно в сто — десять тысяч раз меньше, чем у живых клеток, например, они были бы схожи по размеру с некоторыми большими биологическими молекулами, из которых состоят такие клетки. Наноразмерные материалы используются для создания наноструктуры, наноустройства или наносистемы, которые могут проявлять различные уникальные свойства, которые не присутствуют в тех же материалах, масштабированных в больших размерах, и такие уникальные характеристики могут использоваться для широкого спектра приложений.

В одном аспекте способ изготовления модифицированного акрилом полимера включает получение углеводородного вещества или другого вещества, содержащего водород и углерод, из одного или обоих потоков отходов или природного газа, отделение газов от углеводородного вещества с образованием газообразного водорода и углеродсодержащий газ, включающий один или несколько из метана, бутана или этана, дегидрирование углеродсодержащего газа путем добавления тепла с образованием дегидрогенизированного углеродного материала и взаимодействие дегидрированного углеродного материала с азотным материалом, включая один из аммиака или мочевины, для получения полиакрилонитрила (PAN ).

РИС. 1 показана схема типичного способа получения промежуточного вещества в качестве предшественника (например, такого как производное олефина или полиакрилонитрил (PAN)) для последующего производства углеродного волокна и / или графена.

Обычное производство на основе углерода слишком дорого, чтобы стимулировать экономическое развитие в таких ключевых отраслях, как транспорт, хранение энергии и сбор возобновляемой энергии. Парадигма, которая доминирует в энергетическом, транспортном и производственном секторах США и движет США.Экономика С. основана на сжигании ископаемых углеводородов для получения энергии. Сопутствующие проблемы этой парадигмы обширны, хорошо задокументированы и имеют тенденцию к кризису: 1) углеродные отходы, образующиеся при сжигании углеводородов, загрязняют воздух и вносят огромный вклад в воздействие парниковых газов (ПГ) на климат; 2) Нефтяные углеводороды — это ограниченные ресурсы, которые подвержены истощению, манипуляциям с международными ценами на сырьевые товары и пагубному торговому дефициту; 3) Углерод в подходящем сырье для производства углеродного волокна является слишком дорогостоящим для более широкого применения в транспортных средствах, которые могли бы снизить потребление топлива.Эта парадигма также связана с большими затратами на транспортировку и переработку и приводит к образованию отходов, с которыми необходимо обращаться с высокими затратами.

Раскрытые способы, системы и устройства описывают технологию для установления новой парадигмы революционных инноваций в производстве энергии и материалов, например, включая сначала разделение углеводородов на водород и углеродные ресурсы и, таким образом, преобразование отходов в ценность ( например, водород = запас топлива и энергии; углерод = богатый материальный ресурс). Этот углеродный ресурс позволит создать новое дешевое волокно (применимое для различных целей) и графен (новая форма углерода, которая исключительно тонкая, легкая и очень прочная).

Раскрытая технология может быть применена для снижения стоимости производства углеродного волокна вдвое за счет снижения стоимости прекурсора, такого как выбранные смолы, полиолефины, полиакрилонитрил (PAN) и другие промежуточные продукты. Раскрытая технология включает систему анаэробного электролиза (AES), которая преобразует, по меньшей мере, в два раза больше углерода из органического сырья в предшественник, такой как PAN, например, по сравнению с традиционными способами. Кроме того, например, водород используется для нужд технологической энергии и для производства PAN без загрязнения.

Раскрытая технология также может быть применена к новым способам производства с использованием графена для производства резервуаров для хранения газообразного и жидкого топлива. Например, текущие испытания показывают, что плотность хранения метана и водорода может быть увеличена более чем в четыре раза в том же объеме резервуара, что значительно увеличивает расстояние, которое могут преодолеть транспортные средства, использующие эти виды топлива. Графен включает атомы углерода, соединенные вместе в плоскую решетку, например, подобную сотовой структуре, но только один атом толщиной для каждого слоя кристалла графена.Эта решетка обеспечивает новую массивную поверхность для адсорбции топлива. В химии адсорбция — это притяжение и удерживание молекул вещества на поверхности жидкости или твердого тела, в результате чего достигается высокая концентрация вещества.

Раскрытая технология также может быть применена к способам, использующим как природный газ (ископаемое топливо), так и (возобновляемое) сырье биометана в экологически безопасных целях. Например, природный газ доступен в большинстве городских районов и вдоль коридоров газопровода в сельской местности.Примеры экологически безопасных процессов с применением раскрытой технологии включают увеличение стоимости природного газа, когда (1) водород отделяется и высвобождается для использования в качестве чистого топлива и (2) углерод совместно собирается для производства прекурсора или волокна, в то время как (3) избежание значительных затрат на ущерб, связанный с выбросами углерода, и на очистку. Развитие производства как углеродного волокна, так и графена может взаимозаменяемо использовать природный газ и биометановое сырье. Например, в определенных местах возобновляемое сырье (например,g., биометан) является предпочтительным ресурсом, поскольку он доступен на местном уровне и постоянно пополняется из таких источников, как биомасса и биологические отходы, которые можно получить практически бесплатно, при этом избегая затрат на транспортировку и расхода топлива при транспортировке из удаленных источников. Типовые системы анаэробного электролиза можно использовать для максимального увеличения производства метана из исходного сырья. В процессе электролиза биоотходов можно совместно производить водород и углерод.

Независимо от источника сырья, например, водород получают при производстве пропилена из метана, этана или пропана; и такой водород можно объединить с азотом из окружающего воздуха для получения аммиака для синтеза ПАН.Водород из этих этапов процесса обеспечивает чистую энергию для системы, избегая загрязнения и выбросов парниковых газов (ПГ).

Такие примерные системы могут изменять процесс цикла материалов в важных точках, например, при переработке отходов, подготовке сырья, связывании углерода, выработке электроэнергии и производстве материалов. Такие примерные системы могут каскадировать выходы каждого этапа в последующие операции, которые синергетически включают ранее потраченные впустую вещества в значения. В отличие, например, от традиционных методов парового риформинга или секвестрации, раскрытые системы могут использовать уловленные доноры углерода в последующем процессе производства углеродного волокна.В этом методе сырье используется как в качестве топлива, так и в качестве исходного материала, а ценность создается за счет химических побочных продуктов (например, серы и золы). Экономическое влияние технологии может также предоставить модель для распределенного производства энергии и материалов из местного сырья в сочетании с передовыми методами производства для производства, например, 1) высококачественного углеродного волокна и графена по цене, которая значительно стимулирует промышленность; 2) Экологически чистое, автономное производство; 3) Новые качественные местные рабочие места на производстве; и 4) модель, которая может быть использована для создания региональных углеродных промышленных парков, которые используют и используют ценность местных отходов.Также следует отметить, что раскрытая технология (например, устройства, системы и способы) может быть использована для преобразования обширных отложений вечной мерзлоты и океанических отложений гидрата метана в большие количества энергии и углеродного волокна. Сбор загрязняющего вещества и преобразование материала в финансовую выгоду также приносит с собой значительное снижение угрозы повсеместных выбросов вредных парниковых газов в глобальную атмосферу — от двух наиболее серьезно угрожающих массовых факторов изменения климата.

Недорогое массовое производство углеродного волокна и графена из возобновляемого и / или ископаемого топлива сделает армирование углеродным волокном рентабельным для производства, например.g., включая, но не ограничиваясь: 1) резервуары для хранения, позволяющие использовать метан и водород в международном масштабе в качестве топлива для транспорта, производства электроэнергии и тяжелого оборудования; 2) Оборудование для преобразования возобновляемой энергии; 3) более безопасные автомобильные компоненты, которые имеют меньшую снаряженную массу и инерцию (для повышения топливной экономичности), повышенную прочность и безопасность, коррозионную стойкость и большую долговечность; 4) Потребительские товары длительного пользования; и 5) Новые наноразмерные продукты. Кроме того, раскрытая технология обеспечивает модель для «производства с минус-выбросами», чтобы фактически очистить воздух как чистый результат.

Факторы риска, связанные с традиционным производством углеродного волокна, включают раздражение глаз и кожи угольной пылью и воздействие летучих органических выделений для технических специалистов в процессе, а также загрязнение и выбросы парниковых газов в окружающую среду. Раскрытые способы позволяют контролировать и перенаправлять отходы на каждом этапе процесса.

В одном аспекте раскрытая технология включает способы изготовления предшественников, таких как промежуточные звенья PAN для изготовления углеродного волокна и / или графена.Описан типичный типичный способ изготовления полимера, модифицированного акрилом. Способ включает процесс получения углеводородного вещества из одного или обоих потоков отходов или ископаемого источника, такого как природный газ. Способ включает в себя процесс отделения газов от углеводородного вещества с образованием газообразного водорода и углеродсодержащего газа, например, включая один или несколько из метана, этана, пропана, бутана и т. Д. Способ включает процесс дегидрирования углеродсодержащего газа путем добавления нагревают с образованием промежуточного или дегидрированного углеродного материала.Способ включает процесс взаимодействия промежуточного или дегидрированного углеродного материала с азотным материалом, например, включая аммиак и / или мочевину, с получением полиакрилонитрила (PAN).

Реализации способа могут включать в себя одну или несколько из следующих примерных функций. В некоторых вариантах реализации, например, процесс реакции дегидрированного углеродного материала с азотным материалом может дополнительно включать получение других нитрильных веществ и парафиновых веществ. В некоторых реализациях, например, добавление тепла в процессе дегидрирования может включать в себя подачу углеродсодержащего газа через массив источников тепла в контролируемой технологической атмосфере, такой как обеспечиваемая вакуумной печью.В некоторых реализациях способ может дополнительно включать процесс вытяжки произведенного PAN для производства углеродных волокон, при котором вытяжка вызывает выделение азота и водорода. Например, произведенные углеродные волокна могут быть сконфигурированы или дополнительно обработаны, чтобы включать в себя структуру плоских, скрученных или нечетких волокон. В некоторых вариантах реализации, например, процесс вытяжки может включать формирование внутреннего нано- или микроволокна внутри произведенных углеродных волокон. В некоторых вариантах реализации способ может дополнительно включать процесс образования или стимулирования адгезионных связей с внутренним нано- или микроволокном произведенных углеродных волокон, например, путем химического или радиационного сшивания.

РИС. 1 показана схема типичного способа получения промежуточных веществ PAN и последующего производства углеродного волокна и / или графена. Способ включает процесс 101 для извлечения отходов (например, углеводородных отходов) из потоков отходов. Например, потоки отходов могут включать, но не ограничиваются ими, потоки промышленных отходов, потоки сельскохозяйственных отходов, потоки отходов, образующиеся во время электролиза с помощью систем электролизера и т. Д. Способ включает процесс 102 для отделения газа от рекуперированных отходов ( е.g. углеводородные отходы), например, образование газообразного водорода и углеродсодержащего газа (например, включая один или несколько из метана, этана, пропана, бутана и т. д.). В некоторых реализациях способа, например, способ включает процесс 103 для сбора отделенного газа (например, для сбора водорода на выходе процесса отделения газа). Способ включает процесс , 104, для дегидрогенизации разделенных компонентов процесса разделения газа (например, дегидрогенизации углеродсодержащего газа).Способ включает в себя процесс 105 для химической реакции одного или нескольких отделенных газов (например, углеродсодержащего газа и / или газообразного водорода) с азотсодержащим материалом (например, включая активированный азот, аммиак и / или мочевину) для получения промежуточный полиакрилонитрил (ПАН) продукт. Способ включает в себя процесс , 106, для сбора произведенного промежуточного продукта PAN, например, который может быть выведен в другую систему или процесс. В некоторых реализациях способа способ дополнительно включает процесс 107 для использования полученного промежуточного продукта PAN для производства углеродного волокна и / или графенового материала.

В некоторых реализациях, например, процесс 101, для восстановления отходов и / или другие процессы примерного способа могут включать в себя различные методы и системы, как описано в патентах США No. № 8,318,997, выданный 27 ноября 2012 г. и озаглавленный «ДОЛГОВЕЧНЫЕ ТОВАРЫ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДА И ВОЗОБНОВЛЯЕМОЕ ТОПЛИВО ОТ ДИССОЦИАЦИИ ОТХОДОВ БИОМАССЫ», заявка на патент США сер. № 13 / 584,733, поданная 13 августа 2012 г. и озаглавленная «ДОЛГОВЕЧНЫЕ ТОВАРЫ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДА И ВОЗОБНОВЛЯЕМОЕ ТОПЛИВО ИЗ ОТХОДОВ БИОМАССЫ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ И ХРАНЕНИЯ», U.Патентная публикация S. № 2011-0201698, опубликованная 18 августа 2011 г. и озаглавленная «ПЕРЕРАБОТКА УГЛЕРОДА И РЕИНВЕСТИРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ», патентная публикация США № US 2013-0205647 A1, опубликованная 15 августа 2013 г. и озаглавленная «УТИЛИЗАЦИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ УГЛЕРОДА ИЗ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ТОПЛИВА И МАТЕРИАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ ТЕРМОХИМИЧЕСКУЮ РЕГЕНЕРАЦИЮ », патентная публикация США № 2011-0207062, опубликованная 25 августа 2011 г. и озаглавленная« КИСЛОРОДНОЕ ТОПЛИВО »; все вышеупомянутые патентные документы полностью включены посредством ссылки как часть раскрытия этого патентного документа.

Как показано на фиг. 1, извлеченные углеводороды из потоков отходов или ископаемые ресурсы, такие как природный газ, могут быть использованы для создания посредников PAN. Как показано на фиг. 1, способ включает разделение газов. Например, метан, этан, пропан, бутан можно отделить и использовать для создания посредников PAN. Как показано на фиг. 1, способ включает дегидрирование газа (ов), например, путем добавления тепла или других форм энергии. В некоторой реализации способ включает полимеризацию отделенного газа (ов), например.например, полимеризация метана с образованием этана, этилена, пропана и / или пропилена, включая модификацию промежуточных технологических газов путем добавления или использования тепла или других форм энергии. Например, эта энергия может использоваться или добавляться через массив в вакуумной печи. В иллюстративных случаях, когда этан отделяется, на стадии дегидрирования углеводороды превращаются в этан, этилен, пропан или пропилен и т. Д. Как показано на фиг. 1, дегидрогенизированный материал может быть включен в качестве сополимера или подвергнут взаимодействию с веществом, например.g., например аммиак и / или мочевина, для создания промежуточного продукта, такого как полимер, модифицированный акрилом, например, такой как полиакрилонитрил или другие промежуточные соединения PAN, нитрилы и парафины. Предшественник, такой как различные композиции пека, полиэтилен, полипропилен, полибутилен или сополимеры таких составов или промежуточные соединения, охарактеризованные PAN, затем можно втянуть в волокна.

Способы производства углеродных волокон и / или графеновых материалов с использованием произведенного полиакрилонитрила (например, посредников PAN) могут включать производство определенных волокон, адаптированных к конкретным конструкциям, которые зависят от желаемых функциональных применений и характеристик.Например, такие предшественники, включая посредники PAN, могут быть втянуты в волокна разветвления, если требуется большее трение. В некоторых вариантах реализации, например, нечеткие волокна могут быть изготовлены и сконфигурированы так, чтобы включать в себя наросты или отложения нано- или макроволокон, которые увеличивают площадь соединения или трение, включая липучки, застежки-липучки, и / или могут иметь химическую защелку или включать адгезионное соединение. . В некоторых вариантах реализации, например, производятся плоские волокна или нанолента, например, для повышения эффективности упаковки.Такие примерные волокна можно вытягивать и модифицировать для получения армирующих компонентов с более высокими характеристиками. Это обеспечивает большую стабильность, внутреннее трение и / или адгезионную прочность макроволокна или композитного материала. Повышение прочности может быть обеспечено за счет адгезионных связей, которые включают химическое или радиационное сшивание. Необязательно, например, способ может включать добавление активированного угля, такого как многослойная архитектурная конструкция из нитрида бора и / или графена, которая адсорбционно содержит и представляет один или несколько подходящих реагентов, таких как пероксид (например, пероксид).g., метил, этил, кетоны) в качестве иллюстративного метода создания адгезионных или химических соединений.

В других примерных вариантах реализации раскрытых способов способ производства углеродных волокон и / или графеновых материалов может включать добавление железа к раствору углерода, чтобы обеспечить затравку углерода для каталитического инициирования и производства волокна или другой формы архитектурной конструкции. . Отвод тепла или технологическое охлаждение также могут быть предусмотрены для производства графена или графитовых форм или волокон, которые осаждаются из подходящих органических или металлических растворов.Управление температурными градиентами позволяет контролировать степень очистки и ориентацию структуры химической связи волокна. Затем волокна можно обработать поверхность реагентом, таким как газообразный компонент кремния, например, такой как силан, с образованием карбида кремния.

В другом примерном варианте осуществления раскрытых способов нанолента или плоское волокно могут быть получены с использованием других веществ и форм-предшественников, например, таких как стеклянные или стеклокерамические нити в качестве предшественников. Это волокно может быть покрыто углеродом, например алмазоподобным углеродом (DLC), и связи могут быть усилены или ориентированы путем растяжения при растяжении по мере того, как происходит такое осаждение.Типичное термопластичное или термореактивное вещество, такое как эпоксидная смола, которое обычно используется для образования композита с волокном, может быть уменьшено или исключено из-за форм-фактора, высокой прочности и характеристик связки или повышения трения полученного волокна.

В некоторых реализациях, например, раскрытая технология включает способы производства керамических композиций, характеризующихся следующими способами: 1) плавление местных пород, гравия или песка; 2) Регулировка химического состава расплава горячим рафинированием и добавками; 3) изготовление прессованных экструдированных профилей и / или выдувание одного или нескольких потоков расплава на волокна; и 4) термообработка изделий из стеклокерамики для корректировки результатов оптической, физической и прочности композитов.

Стеклянные кристаллические волокна могут быть сотканы, матированы или включены в виде кабелей или композитов в архитектурные изделия для различных применений, от вертикальных ферм до систем сбора клатратов от вечной мерзлоты до океанских отложений. Например, нити, волокна и тонкая лента могут быть изготовлены из нагретых и расплавленных минералов или «горных пород» с помощью следующих примерных этапов. На первом этапе, например, можно проводить прокаливание для выделения, окисления или удаления соединений серы, CO ₂ , водяного пара и других нежелательных примесей, которые могут быть обеспечены нагретой окислительной атмосферой.На втором этапе, например, может быть выполнено измельчение расплава для регулирования химического состава и вязкости с помощью различных подходящих устройств для лучистого, резистивного и / или индукционного нагрева. На третьем этапе, например, расплавленные волокна формируются путем заливки, вытеснения расплавленной жидкости через фильеру или с помощью клапана, такого как открытие нижней заглушки из производственного устройства (например, тигля), которое было очищено, чтобы иметь подходящая формула расплавленной породы в нем. Например, на четвертом этапе можно выполнить кондиционирование с помощью газа.Например, события кондиционирования могут включать в себя продувку газа поперек, в некоторых случаях перпендикулярно, а в других случаях — не перпендикулярно, что зависит от желаемого результата. Например, мероприятия по кондиционированию могут включать в себя мониторинг и / или приложение поверхностного натяжения волокна, когда оно формируется на оправке с элементами формирования потока. Например, производимые гибкие нити, волокна и / или полосы низкой плотности обладают свойствами и характеристиками, такими как огнестойкость или огнестойкость, химическая инертность, и могут иметь повышенное или производимое термическое и / или электрическое сопротивление. с помощью покрытий, таких как алмазоподобный углерод или токопроводящий углеродный аллотроп, если это необходимо.Примерные желаемые результаты могут включать в себя переменное давление и углы столкновения продувок кондиционирующего газа для получения коротких или сморщенных волокон, которые могут накапливаться в шерстяных или хлопчатобумажных узлах; или продувка кондиционирующим газом может иметь подходящую температуру, давление и химические характеристики для получения длинных прямых волокон, которые можно расчесывать и / или ткать в ленты или ткани; и другие продувки кондиционирующего газа могут производиться в сочетании с инструментами для производства профилей, такими как один или несколько роликов с регулируемой температурой, включая один или несколько прижимных роликов с текстурой, для создания плоской или текстурированной ленты, которая является гибкой и пластичной.Например, подача газа может обеспечивать реагент для получения конверсионного покрытия и может осуществляться на субстрате, который находится в состоянии растяжения, чтобы обеспечить высокую прочность и гибкость наряду с химической стойкостью и сопротивлением усталости. Например, кондиционирующие газы могут быть донорами углерода, такими как метан, этан, пропан, ацетиленовый азот, аммиак, включая технологические газы с регулируемой температурой. Во многих случаях, например, желаемые результаты используют фазовые диаграммы для выбора реагентов, компонентов субстрата и параметров процесса.

В некоторых аспектах раскрытая технология включает способы производства нечетких волокон. Способ включает процесс прядения, вытягивания или вытягивания полимерного материала (например, полиэтилена) в волокно в подходящем процессе дегидрирования натянутого волокна с получением углеродно-графитового волокна. Впоследствии процесс нанесения архитектурных конструкций, таких как карбид кремния, нитрид кремния и / или нитрид бора, или углеродные нанотрубки (например, однослойные или многостенные нанотрубки) на натянутом углеродном волокне, дает нечеткую композицию волокна.Например, тепло от процесса вытягивания может обеспечить значительное количество энергии для диссоциации донорных веществ и роста подходящих нечетких форм на вытянутом волокне. В качестве иллюстрации, например, углеводороды и / или другие реагенты, например, выбранные из различных химически осажденных из паровой фазы поли (п-ксилилен) полимеров, осаждаются и подвергаются термообработке с образованием архитектурных конструкций, таких как структуры нанотрубок, для получения конфигурации нечеткого углеродного волокна. . Образцы архитектурных построек описаны в U.S. Патентные документы: публикация патента США US2011 / 0206915A1, озаглавленная «АРХИТЕКТУРНАЯ КОНСТРУКЦИЯ, ИМЕЮЩАЯ ПРИМЕР МНОЖЕСТВЕННЫХ АРХИТЕКТУРНЫХ КРИСТАЛЛОВ», и патентная публикация США US2013 / 0101808A1, озаглавленная «АРХИТЕКТУРНАЯ КОНСТРУКЦИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ ОБЪЕДИНЕННЫЕ КРИСТАЛЛЫ» ссылки во всей их полноте как часть раскрытия в этом патентном документе. В некоторых случаях, например, произведенное нечеткое углеродное волокно выглядит «черным» в видимом, УФ и инфракрасном спектрах, где нечеткое углеродное волокно поглощает излучение из этих спектров (например.g., поглощение излучения большой частоты).

В некоторых реализациях способ может использовать полиолефиновые полимеры для производства длинных волокон, например, которые могут иметь меньшую прочность на разрыв по сравнению с волокнами, полученными из PAN, но такой выход производства волокна может быть в два или более раз (например, от 2 × до 6 × ) по сравнению с обычными методами с использованием исходного сырья PAN. В других случаях волокна, произведенные из ПАН более низкой прочности, могут быть использованы для производства пушистых волокон. Впоследствии такие же или более высокие свойства по сравнению с высокопрочными композитами из волокон, произведенных из ПАН, могут быть обеспечены путем преобразования волокон с более низкой прочностью в нечеткие волокна.

Метод может включать несколько предварительных процессов для получения полимера, используемого для производства нечетких волокон. Предварительный процесс способа может включать получение этана или этилена из полимеризуемого метана. Предварительный процесс способа может включать извлечение водорода, полученного при образовании этилена, и полимеризацию этилена в полиэтилен. Такой водород можно использовать в качестве энергоносителя или для производства других ценных продуктов, таких как аммиак, мочевина или другие соединения, включая жидкое топливо, такое как топливные спирты или муравьиная кислота, путем производства жидких соединений с азотом и / или диоксидом углерода из таких источников, как Атмосфера.

Хотя этот патентный документ содержит много специфических деталей, их не следует рассматривать как ограничения объема какого-либо изобретения или того, что может быть заявлено, а скорее как описания функций, которые могут быть специфичными для конкретных вариантов осуществления конкретных изобретений. Некоторые особенности, которые описаны в этом патентном документе в контексте отдельных вариантов осуществления, также могут быть реализованы в комбинации в одном варианте осуществления. И наоборот, различные особенности, которые описаны в контексте одного варианта осуществления, также могут быть реализованы во множестве вариантов осуществления по отдельности или в любой подходящей подкомбинации.Более того, хотя признаки могут быть описаны выше как действующие в определенных комбинациях и даже первоначально заявленные как таковые, один или несколько признаков заявленной комбинации в некоторых случаях могут быть исключены из комбинации, а заявленная комбинация может быть направлена ​​на субкомбинацию или вариацию. субкомбинации.

Аналогичным образом, хотя операции изображены на чертежах в определенном порядке, это не следует понимать как требование, чтобы такие операции выполнялись в конкретном показанном порядке или в последовательном порядке, или чтобы все проиллюстрированные операции выполнялись для достижения желаемых результатов. .Более того, разделение различных компонентов системы в вариантах осуществления, описанных в этом патентном документе, не следует понимать как требующее такого разделения во всех вариантах осуществления.

Описаны только несколько реализаций и примеров, а другие реализации, улучшения и изменения могут быть сделаны на основе того, что описано и проиллюстрировано в этом патентном документе.

15 фактов о углеродном волокне, которые вы не знали (но должны!) — PITAKA

1. Любой продукт из углеродного волокна является «смесью»

Что ж, когда я говорю «смесь», на самом деле я имею в виду, что это «композитный материал», состоящий из нескольких смешанных элементов.И люди очень часто думают, что это чистое вещество, учитывая его название, а не композитный материал.

Необработанное углеродное волокно на самом деле довольно хрупкое и склонно к растрескиванию и расщеплению, хотя оно очень жесткое, когда используется для изготовления чего-либо. Чтобы сделать углеродное волокно жестким, его смешивают с эпоксидной смолой перед формованием изделия.

Именно эта важная комбинация элементов, углеродного волокна и эпоксидной смолы, придает углеродному волокну его жесткость и, в конечном итоге, прочный готовый продукт.

2. Жесткостью углеродного волокна можно управлять

Итак, вы, вероятно, знакомы с тем фактом, что в конечном композитном состоянии углеродное волокно очень жесткое.

Но, держу пари, вы не знали, что эту жесткость можно контролировать.

Видите ли, волокна прочные в одном направлении (однонаправленном) по длине волокна, и с помощью смеси определенных углеродных волокон можно довольно точно контролировать жесткость.

Что еще более удивительно, так это то, что композит из углеродного волокна может стать гибким на 88% при повышении температуры, но полностью восстановится до исходного состояния, когда тепло будет удалено.

3. Углеродные волокна: более чем саржевое переплетение

Наиболее распространенное переплетение, которое вы увидите в изделиях из углеродного волокна, — это саржевое переплетение, и люди обычно думают, что это единственное доступное переплетение.

Однако, как я упоминал в предыдущем посте, ткань из углеродного волокна ткется вдоль ориентации волокон для создания как полотняного, так и саржевого переплетения.

Обычное переплетение менее гибкое и более устойчивое к истиранию, в то время как саржевое переплетение имеет более прямые и длинные волокна, сохраняя теоретическую прочность углеродного волокна, а также делая его более прочным и гибким, чем полотняное переплетение.

Есть несколько других, менее известных переплетений: «атласное» переплетение, «упряжное» переплетение и даже «рыбное» переплетение. Все это разные шаблоны, которые используются для определенных целей и не так широко используются.

Атласное переплетение — еще более гибкая ткань. Он очень хорошо подходит для сложных кривых, типичных для армированных пластиков.

4. Есть даже «мокрая» ткань из углеродного волокна

Ткань из углеродного волокна бывает двух видов, обычно известных как ткань с влажным препрегом и ткань с сухим препрегом.

С влажной тканью из препрега легче работать, и она обычно используется для изготовления таких автомобильных изделий, как передние спойлеры, задние диффузоры и спойлеры на багажник. Производитель может сделать ткань из влажного препрега, налив на ткань из углеродного волокна точное количество эпоксидной смолы.

Ткань из сухого препрега, иначе известная как «Сухой углерод», похожа на влажный препрег в том, что в обоих материалах используется эпоксидная смола для скрепления углеродного волокна. Разница заключается в том, что в сухом препреге используется эпоксидная смола, которая имеет особые «сухие» свойства, когда ее вводят в ткань.

Сухая ткань из препрега обычно дороже влажной ткани из-за производственного процесса, а также из-за использования более современных смол.

5. Нити из углеродного волокна можно считать (даже если ваши собственные волосы — нет)

Если вам довелось искать данные по углеродному волокну, вы часто встретите в его описании букву «K», вы увидите ее рядом с такими числами, как 1K, 3K и 12K.

Но что означает эта буква «К»?

Ну, если посмотреть на любую тканую ткань, т.е.грамм. Саржевое переплетение, вы увидите, что оно соткано из пучков углеродных волокон, известных как ровницы.

Каждый ровинг на самом деле представляет собой набор отдельных углеродных волокон, а число «K» указывает, сколько волокон присутствует в ровинге.

Итак, если вы видите оценку «К», например 3К, это означает, что ровинг, используемый для плетения ткани, состоит из 3000 отдельных волокон, в то время как рейтинг 12К означает, что ровинг соткан из 12000 отдельных волокон.

6.Секрет повышенной жесткости углеродного волокна

Возможно, вы слышали о тканях из углеродного волокна UD.

UD — это сокращение от «однонаправленный», и, как следует из названия, это означает, что все волокна лежат параллельно в одном направлении, не пересекаясь и не переплетаясь друг с другом.

Теперь, в этом случае, рейтинг «K», 1K, 3K и 12K больше не актуален. То, что очень часто игнорируют маркетологи.

UD отличается от других тканых материалов тем, что имеет другой внешний вид и другие механические свойства.

Армирование

UD позволяет создавать невероятно прочные и легкие компоненты, точно ориентируя углеродное волокно для обеспечения максимальной прочности в том направлении, где это больше всего необходимо.

7. Углеродное волокно старше, чем вы думали ..

Углеродное волокно было создано Джозефом Своном и использовалось в лампах еще в 1860-х годах.

Но более известные высокоэффективные углеродные волокна были изобретены Роджером Бэконом в 1958 году в Техническом центре Union Carbide в Парме (ныне GrafTech International Holidays, Inc.), расположенный за пределами Кливленда, штат Огайо.

Только в 1963 году в британском исследовательском центре был разработан новый производственный процесс, когда потенциал углеродного волокна был полностью реализован. Процесс был разработан У. Ваттом, Л. Н. Филлипсом и У. Джонсоном в Королевском авиастроительном заводе в Фарнборо, Хэмпшир.

Затем Национальная корпорация развития исследований предоставила ему лицензию для трех британских компаний: Rolls-Royce, Morganite и Courtaulds.

8.Производство углерода сложнее и дороже, чем вы можете себе представить

Производство углеродного волокна раньше было медленным и неэффективным, что делало его довольно дорогостоящим для использования в массовом производстве.

К счастью, благодаря развитию технологий и процессов стоимость значительно снизилась, что означает, что углеродное волокно стало основным производством.

Тем не менее, он все еще довольно дорогой.

9. Углеродные волокна производятся из нефти и…

Сырье, используемое для производства углеродного волокна, называется прекурсором. Среди этих предшественников 90% углеродных волокон сделаны из полиакрилонитрила (ПАН), а оставшиеся 10% — из искусственного шелка или нефтяного пека.

Все это органические полимеры, состоящие из длинных цепочек молекул, связанных вместе атомами углерода.

Для изготовления различных углеродных волокон используются разные прекурсоры, и получаемые в результате волокна могут быть турбостратными или графитовыми, или иметь гибридную структуру с графитовой и турбостратной частями.

10. Большая часть необработанного углерода поступает из Азии

В мире всего несколько компаний, которые на самом деле обладают всеми техническими возможностями для производства самого сырого углеродного волокна, даже несмотря на то, что технологии улучшили ситуацию, это все еще очень сложный процесс.

Согласно отчету Министерства энергетики США о рынке углеродного волокна за 2010 год, более 90% поставок углеродного волокна поступает всего от шести компаний: Toray, Toho Tenax, Mitsubishi Rayon, Zoltek, Hexcel и Cytec.

Первые три списка — это азиатские компании, на долю которых приходится почти две трети мирового производства углеродного волокна. Последние три компании со штаб-квартирой в США занимают менее одной трети мирового производства углеродного волокна.

11. Изделия из углеродного волокна подлежат ремонту

Многие подумают, что если продукт из углеродного волокна был поврежден, это тост, но это не совсем так. Многие изделия из углеродного волокна можно успешно отремонтировать так же, как изделия из стали или титана.

Однако это непросто, и лучше оставить это экспертам. Не пытайтесь делать это дома, так как вы, вероятно, получите беспорядок, поэтому оставьте это производителям, поскольку у них, вероятно, есть собственная идеальная ремонтная бригада.

12. Углеродное волокно с более высоким модулем упругости не означает более высокое качество

Модуль относится к жесткости волокон, которые вплетены в листы углеродного волокна.

Таким образом, когда вы переходите от волокна со стандартным модулем упругости к сверхвысокому модулю, волокна становятся жестче, легче и дороже для производителя.

Довольно часто вы можете встретить маркетинговую информацию, пытающуюся продать вам продукт из углеродного волокна, сделанный из сверхвысокомодульного углеродного волокна.

Но правда в том, что, какими бы дорогими ни были ваши изделия из углеродного волокна, вам всегда нужна смесь волокон.

Позвольте мне объяснить это так.

Возьмем, к примеру, горный или шоссейный велосипед. Если бы производитель сделал байк из высокомодульного углеродного волокна, он был бы сверхлегким, но при этом был бы неудобно жестким и хрупким.

Итак, искусство производить замечательный продукт из углеродного волокна состоит в том, чтобы получить правильное сочетание волокон и гарантировать, что конечный продукт имеет все нужные характеристики.

13. Сможет ли солнечный свет ослабить углеродные волокна?

Даже несмотря на то, что сами углеродные волокна не подвержены УФ-повреждению, смола, используемая для скрепления углеродных волокон, может быть такой, а это означает, что детали или рамы из углеродного волокна со временем могут ухудшиться, «теоретически».

К счастью, производители углеродного волокна понимают эту проблему, поэтому они часто используют смолы, устойчивые к ультрафиолетовому излучению, и покрывают поверхности защитными лаками, что означает, что вам больше не о чем беспокоиться.

14. Углеродное волокно естественным образом блокирует RFID и убивает сигнал вашего мобильного телефона

Да, к сожалению, это правда. Я упоминал об этом в одном из своих предыдущих постов — Чехлы для телефонов из углеродного волокна: «Просто скажи нет».

Поскольку углеродное волокно является проводником электричества и магнетизма, оно влияет на сигнал ваших мобильных телефонов.

Доказано, что углеродное волокно

значительно снижает прием сотового сигнала на вашем телефоне из-за радиочастотных помех (RFI).Доказано, что чехлы для телефонов из углеродного волокна снижают средний сотовый сигнал на целых 40-60%, а алюминиевые и другие подобные металлические чехлы для телефонов не намного лучше и могут аналогичным образом снизить мощность вашего сигнала.

15. Углеродное волокно используется в большем количестве мест, чем вы думаете.

Это правда, углеродное волокно есть везде, я имею в виду везде. У вас дома может быть велосипед из углеродного волокна или ваш друг держит в руке кошелек из углеродного волокна.

Со временем углеродное волокно играет все более важную роль во многих сферах жизни.

Аэрокосмическая промышленность: Углеродное волокно побывало на Луне на космических кораблях. Из него были изготовлены компоненты и конструкции самолетов. От вертолетов до планеров, от истребителей до сверхлегких самолетов — углеродное волокно играет все более важную роль и позволяет делать летательные аппараты легче и прочнее.

Спортивные товары: Вы можете носить кроссовки со встроенным углеродным волокном.Его применение на спортивном оборудовании варьируется от теннисных ракеток до клюшек для гольфа.

Автомобиль: BMW использует много углеродного волокна при производстве своих автомобилей, от деталей внутренней отделки до таких деталей экстерьера, как спойлеры, капоты и даже крыши.

No related posts.