Weihai Snowwing Outdoor Tagħmir., Ltd.
Kwalità Hija Ir-Ruħ Ta 'l-Intrapriża

Kif issir il-fibra tal-karbonju?

Kif issir il-fibra tal-karbonju?

Il-manifattura, l-użi, u l-futur ta 'dan il-materjal qawwi u ħafif

Imsejħa wkoll fibra tal-grafita jew grafita tal-karbonju, il-fibra tal-karbonju tikkonsisti minn linji rqaq ħafna tal-element tal-karbonju. Dawn il-fibri għandhom saħħa tensili għolja u huma estremament b'saħħithom għad-daqs tagħhom. Fil-fatt, forma waħda ta 'fibra tal-karbonju—in-nanotubu tal-karbonju—hija meqjusa bħala l-aktar materjal b'saħħtu disponibbli. L-applikazzjonijiet tal-fibra tal-karbonju jinkludu kostruzzjoni, inġinerija, aerospazjali, vetturi ta 'prestazzjoni għolja, tagħmir sportiv, u strumenti mużikali. Fil-qasam tal-enerġija, il-fibra tal-karbonju tintuża fil-produzzjoni ta 'xfafar tal-imtieħen, ħażna ta' gass naturali u ċelloli tal-fjuwil għat-trasport. Fl-industrija tal-inġenji tal-ajru, għandha applikazzjonijiet kemm f'ajruplani militari kif ukoll kummerċjali, kif ukoll vetturi tal-ajru bla ekwipaġġ. Għall-esplorazzjoni taż-żejt, huwa użat fil-manifattura ta ' pjattaformi tat-tħaffir fil-fond u pajpijiet.

Fatti Mgħaġġla: Statistika tal-Fibra tal-Karbonju

  • Kull linja ta 'fibra tal-karbonju hija ta' dijametru ta 'ħames sa 10 mikroni. Biex tagħtik sens ta' kemm hu żgħir, mikron wieħed (um) huwa 0.000039 pulzier. Fergħa waħda ta 'ħarir spiderweb hija ġeneralment bejn tlieta sa tmien mikroni.
  • Il-fibri tal-karbonju huma darbtejn iebsa daqs l-azzar u ħames darbiet b'saħħithom daqs l-azzar, (għal kull unità ta 'piż). Huma wkoll reżistenti ħafna kimikament u għandhom tolleranza għal temperatura għolja b'espansjoni termika baxxa.

Materja prima
Il-fibra tal-karbonju hija magħmula minn polimeri organiċi, li jikkonsistu fi spag twal ta 'molekuli miżmuma flimkien minn atomi tal-karbonju. Il-biċċa l-kbira tal-fibri tal-karbonju (madwar 90%) huma magħmula mill-proċess tal-polyacrylonitrile (PAN). Ammont żgħir (madwar 10%) huma manifatturati mir-rejon jew mill-proċess taż-żift taż-żejt.

Gassijiet, likwidi, u materjali oħra użati fil-proċess tal-manifattura joħolqu effetti speċifiċi, kwalitajiet, u gradi ta 'fibra tal-karbonju. Il-manifatturi tal-fibra tal-karbonju jużaw formuli proprjetarji u kombinazzjonijiet ta 'materja prima għall-materjali li jipproduċu u b'mod ġenerali, jittrattaw dawn il-formulazzjonijiet speċifiċi bħala sigrieti kummerċjali.

Il-fibra tal-karbonju tal-ogħla grad bl-aktar modulu effiċjenti (kostanti jew koeffiċjent użat biex jesprimi grad numeriku li fih sustanza tippossjedi proprjetà partikolari, bħall-elastiċità) proprjetajiet huma użati f'applikazzjonijiet esiġenti bħall-ajruspazju.

Proċess tal-Manifattura
Il-ħolqien tal-fibra tal-karbonju jinvolvi proċessi kemm kimiċi kif ukoll mekkaniċi. Il-materja prima, magħrufa bħala prekursuri, tinġibed fi linji twal u mbagħad tissaħħan għal temperaturi għoljin f'ambjent anerobiku (mingħajr ossiġnu). Pjuttost milli tinħaraq, is-sħana estrema tikkawża li l-atomi tal-fibra jivvibraw b'mod vjolenti li kważi l-atomi kollha mhux tal-karbonju jitkeċċew.

Wara li jitlesta l-proċess ta 'karbonizzazzjoni, il-fibra li fadal hija magħmula minn ktajjen ta' atomi tal-karbonju twal u magħquda sewwa ma 'ftit jew l-ebda atomi mhux tal-karbonju fadal. Dawn il-fibri huma sussegwentement minsuġa fi drapp jew magħquda ma 'materjali oħra li mbagħad jiġu feriti bil-filament jew iffurmati fil-forom u daqsijiet mixtieqa.

Il-ħames segmenti li ġejjin huma tipiċi fil-proċess PAN għall-manifattura tal-fibra tal-karbonju:

  • għażil. PAN huwa mħallat ma 'ingredjenti oħra u mibrumin f'fibri, li mbagħad jinħaslu u mġebbda.
  • Stabbilizzazzjoni. Il-fibri jgħaddu minn alterazzjoni kimika biex jistabbilizzaw it-twaħħil.
  • Karbonizzar. Fibri stabbilizzati jissaħħnu għal temperatura għolja ħafna li jiffurmaw kristalli tal-karbonju magħqudin sewwa.
  • It-trattament tal-wiċċ. Il-wiċċ tal-fibri huwa ossidizzat biex itejjeb il-proprjetajiet tat-twaħħil.
  • Daqs. Il-fibri huma miksija u mdawrin fuq bobbins, li huma mgħobbija fuq magni tal-għażil li jdawwar il-fibri f'ħjut ta 'daqs differenti. Pjuttost milli jkunu minsuġa fi drappijiet, il-fibri jistgħu wkoll jiġu ffurmati f'materjali komposti, bl-użu tas-sħana, pressjoni, jew vakwu biex jorbot fibri flimkien ma 'polimeru tal-plastik.

In-nanotubi tal-karbonju huma manifatturati permezz ta 'proċess differenti minn fibri tal-karbonju standard. Stmati li huma 20 darba aktar b'saħħithom mill-prekursuri tagħhom, in-nanotubi huma falsifikati fi fran li jimpjegaw lejżers biex jifvaporizzaw il-partiċelli tal-karbonju.

Sfidi tal-Manifattura
Il-manifattura tal-fibri tal-karbonju ġġorr għadd ta’ sfidi, inklużi:

  • Il-ħtieġa għal irkupru u tiswija aktar kosteffettivi
  • Spejjeż tal-manifattura mhux sostenibbli għal xi applikazzjonijiet: Pereżempju, minkejja li qed tiżviluppa teknoloġija ġdida, minħabba spejjeż projbittivi, l-użu tal-fibra tal-karbonju fl-industrija tal-karozzi bħalissa huwa limitat għal vetturi ta 'prestazzjoni għolja u lussużi.
  • Il-proċess tat-trattament tal-wiċċ għandu jiġi rregolat bir-reqqa biex jiġi evitat li jinħolqu ħofor li jirriżultaw f'fibri difettużi.
  • Kontroll mill-qrib meħtieġ biex tiġi żgurata kwalità konsistenti
  • Kwistjonijiet ta' saħħa u sigurtà inkluż irritazzjoni tal-ġilda u tan-nifs
  • Arcing u xorts fit-tagħmir elettriku minħabba l-elettro-konduttività qawwija tal-fibri tal-karbonju

Futur tal-Fibra tal-Karbonju
Hekk kif it-teknoloġija tal-fibra tal-karbonju tkompli tevolvi, il-possibbiltajiet għall-fibra tal-karbonju se jiddiversifikaw u jiżdiedu biss. Fl-Istitut tat-Teknoloġija ta 'Massachusetts, bosta studji li jiffokaw fuq il-fibra tal-karbonju diġà qed juru ħafna wegħda għall-ħolqien ta' teknoloġija u disinn ġodda tal-manifattura biex jissodisfaw id-domanda emerġenti tal-industrija.

Professur Assoċjat tal-MIT tal-Inġinerija Mekkanika John Hart, pijunier tan-nanotubi, ilu jaħdem mal-istudenti tiegħu biex jittrasforma t-teknoloġija għall-manifattura, inkluż li jħares lejn materjali ġodda li għandhom jintużaw flimkien ma 'printers 3D ta' grad kummerċjali. “Tlabthom biex jaħsbu kompletament barra mill-linji; kieku jistgħu jikkonċepixxu printer 3-D li qatt ma sar qabel jew materjal utli li ma jistax jiġi stampat bl-użu ta’ printers attwali,” spjega Hart.

Ir-riżultati kienu magni prototipi li stampaw ħġieġ imdewweb, ġelat artab—u komposti tal-fibra tal-karbonju. Skont Hart, timijiet tal-istudenti ħolqu wkoll magni li jistgħu jimmaniġġjaw "estrużjoni parallela ta 'polimeri ta' żona kbira" u jwettqu "skanjar ottiku in situ" tal-proċess tal-istampar.

Barra minn hekk, Hart ħadem mal-Professur Assoċjat tal-Kimika tal-MIT Mircea Dinca fuq kollaborazzjoni ta’ tliet snin li ġiet konkluża reċentement ma’ Automobili Lamborghini biex tinvestiga l-possibilitajiet ta’ fibra tal-karbonju u materjali komposti ġodda li xi darba jistgħu mhux biss “jippermettu li l-korp sħiħ tal-karozza jkun. użata bħala sistema ta’ batterija,” iżda twassal għal “korpi eħfef u b’saħħithom, konvertituri katalitiċi aktar effiċjenti, żebgħa irqaq, u trasferiment tas-sħana tal-power-train imtejjeb [ġeneralment].”

Bi skoperti sturdament bħal dawn fl-orizzont, mhux ta’ b’xejn li s-suq tal-fibra tal-karbonju ġie mbassar li jikber minn $ 4.7 biljun fl-2019 għal $ 13.3 biljun sal-2029, b’rata ta’ tkabbir annwali kompost (CAGR) ta’ 11.0% (jew kemmxejn ogħla) fuq l-istess perjodu ta’ żmien.

Sorsi

  • McConnell, Vicki. "Il-Making of Carbon Fiber." CompositeWorld. 19 ta’ Diċembru 2008
  • Sherman, Don. "Lil hinn mill-Fibra tal-Karbonju: Il-Materjal Breakthrough Li jmiss Huwa 20 Darba Aktar B'saħħtu." Karozza u Sewwieq. 18 ta’ Marzu 2015
  • Randall, Danielle. "Ir-riċerkaturi tal-MIT jikkollaboraw ma' Lamborghini biex jiżviluppaw karozza elettrika tal-futur." MITMECHE/Fil-Aħbarijiet: Dipartiment tal-Kimika. 16 ta’ Novembru, 2017
  • “Suq tal-Fibra tal-Karbonju skont il-Materja Prima (PAN, Żift, Rayon), Tip ta’ Fibra (Verġni, Riċiklat), Tip ta’ Prodott, Modulu, Applikazzjoni (Kompożit, Mhux kompost), Industrija tal-Użu Aħħar (A & D, Automotive, Enerġija mir-Riħ) ), u Reġjun—Tbassir Globali sal-2029.” MarketsandMarkets™. Settembru 2019

Ħin tal-post: Lulju-28-2021