Припрема и класификација угљеничних влакана високих перформанси
Карбонска влакна се широко користе у ваздухопловству, аутомобилској индустрији и другим апликацијама високих перформанси због свог изванредног односа снаге и тежине и велике крутости. Припрема и класификација ових влакана укључује неколико сложених процеса који захтевају специјализовану опрему и стручност.
Припрема карбонских влакана:
Угљенична влакна се обично припремају од материјала прекурсора, као што је полиакрилонитрил (ПАН), смола или рејон. Прекурсорски материјали се претварају у влакна кроз процес који се назива пиролиза, који укључује загревање материјала на високе температуре у одсуству кисеоника.
Карбонска влакна на бази ПАН-а:
Карбонска влакна на бази ПАН-а су најраспрострањенија врста угљеничних влакана због својих супериорних својстава. Процес производње угљеничних влакана на бази ПАН-а укључује неколико фаза, укључујући оксидацију, стабилизацију и карбонизацију.
Прва фаза, оксидација, укључује загревање ПАН влакана на ваздуху да би се побољшала њихова термичка стабилност и уклониле све нечистоће. Овај процес ствара материјал који се зове оксидовани ПАН (ОПАН), који се затим даље обрађује да би се добио стабилизовани ПАН (СПАН).
У другој фази, стабилизацији, СПАН влакна се загревају на око 250 степени у инертној атмосфери да изазову хемијско умрежавање и стабилизују влакна. Добијени материјал је познат као прекурсор угљеничних влакана.
Finally, in the third stage, carbonization, the precursor fibers are heated to high temperatures (>1000 степени) у одсуству кисеоника да их претвори у угљенична влакна.
Карбонска влакна на бази смоле:
Угљична влакна на бази смоле припремају се загревањем смоле од нафте или угљеног катрана на високе температуре у одсуству ваздуха. Добијени материјал се затим екструдира у влакна и карбонизира. Ова влакна имају одличне механичке особине, али су скупља за производњу у поређењу са угљеничним влакнима на бази ПАН-а.
Класификација угљеничних влакана:
Карбонска влакна се класификују на основу њихове затезне чврстоће и модула. Затезна чврстоћа је максимални напон који материјал може да издржи пре лома, док се модул односи на крутост материјала.
Систем класификације који се користи за карбонска влакна заснива се на модулу затезања и успоставила га је Међународна организација за стандардизацију (ИСО). ИСО стандард класификује угљенична влакна у различите разреде, сваки са специфичним распонима затезног модула.
Најчешћи разреди карбонских влакана су:
- Стандардни модул (СМ): модул затезања од 34-38 МСИ.
- Средњи модул (ИМ): модул затезања од 38-42 МСИ.
- Високи модул (ХМ): Модул затезања од 42-75 МСИ.
- Ултра-висок модул (УХМ): Модул затезања од 75-145 МСИ.
Закључак:
Припрема и класификација карбонских влакана високих перформанси захтевају специјализовано знање и опрему. Карбонска влакна на бази ПАН-а су најраспрострањенија врста због својих супериорних својстава и исплативости. Карбонска влакна се класификују на основу њихове затезне чврстоће и модула, са неколико доступних разреда који одговарају специфичним применама. Очекује се да ће текућа истраживања и развој технологије угљеничних влакана довести до даљих побољшања њихових својстава и ниже цене, чинећи их све популарнијим у различитим индустријама.
