カーボンファイバーのすべて

炭素繊維についてすべてを知ることは、現代人にとって非常に重要です。ロシアの炭素生産技術、炭素繊維の密度やその他の特性を理解することで、その適用範囲を理解し、正しい選択をすることが容易になります。さらに、パテと炭素繊維を使用した床暖房、この製品の外国メーカー、およびさまざまな用途についてすべてを調べる必要があります。

名前は炭素繊維と炭素であり、多くの情報源では炭素繊維も非常に一般的です。しかし、これらの材料の実際の特性と、多くの人にとっての使用の可能性についての考え方は、まったく異なります。技術的な観点から、 この素材は、断面が 5 ミクロン以上 15 ミクロン以下の糸から組み立てられています。.組成のほぼ全体が炭素原子によって占められているため、この名前が付けられました。これらの原子自体は、平行線を形成する透明な結晶にグループ化されています。

この設計は、引張力に対して非常に高い耐性を提供します。 炭素繊維はまったく新しい発明ではありません。 エジソンは、同様の材料の最初のサンプルを受け取り、使用しました。その後、20 世紀半ばに炭素繊維がルネッサンスを経験し、それ以来、その使用は着実に増加しています。

カーボンファイバーの最大の特徴は、 優れた耐熱性.物質が1600〜2000度に加熱されても、環境に酸素が存在しない場合、そのパラメーターは変化しません。この材料の密度は、通常の密度と同様に、線形にすることもできます (いわゆるテックスで測定)。線密度が 600 tex の場合、生地の 1 km の質量は 600 g になります.多くの場合、材料の弾性率、またはヤング率が重要です。

高強度繊維の場合、この指標は 200 ～ 250 GPa の範囲です。 PAN から作られた高弾性炭素繊維は、約 400 GPa の弾性率を持っています。液晶ソリューションの場合、このパラメーターは 400 ～ 700 GPa の範囲で変化します。弾性率は、個々の黒鉛結晶を引き伸ばしたときの値の評価に基づいて計算されます。原子面の方向は、X 線回折分析を使用して確立されます。

デフォルトの表面張力は 0.86 N/m です。材料を加工して金属複合繊維を得る場合、この指標は 1.0 N/m に上昇します。 毛管上昇法による測定は、適切なパラメータを決定するのに役立ちます。石油ピッチをベースにした繊維の溶融温度は200度です。回転は約 250 度で発生します。他のタイプの繊維の融点は、その組成に直接依存します。

カーボンウェブの最大幅は、技術的要件とニュアンスによって異なります。多くのメーカーでは、100 または 125 cm です。 軸強度に関しては、次のようになります。

• 3000 ～ 3500 MPa の PAN ベースの高強度製品向け。
• 大幅な伸びを持つ繊維の場合、厳密には 4500 MPa;
• 2000 ～ 4500 MPa の高弾性材料用。

格子の原子面に向かう張力下での結晶の安定性の理論計算では、180 GPa の推定値が得られます。予想される実際の限界は 100 GPa です。ただし、実験では、20 GPa を超えるレベルの存在はまだ確認されていません。カーボンファイバーの実際の強度は、その機械的欠陥と製造プロセスのニュアンスによって制限されます。実際の研究で確立された長さ 1/10 mm のセクションの引張強度は 9 ～ 10 GPa になります。

T30 カーボンファイバーは特に注目に値します。 この材料は、主にロッドの製造に使用されます。このソリューションは、軽量で優れたバランスです。 T30 指数は 30 トンの弾性係数を表します。

炭素繊維は、さまざまな種類のポリマーから得ることができます。処理モードは、そのような材料の 2 つの主な種類 (炭化タイプと黒鉛タイプ) を定義します。 PAN から得られる繊維とさまざまな種類のピッチから得られる繊維との間には重要な違いがあります。 高強度と高弾性率の両方のカテゴリの高品質炭素繊維は、異なるレベルの硬度と弾性率を持つことができます。 それらを異なるブランドに帰するのが通例です。

繊維は、糸または束の形で作られています。それらは、1000から10000の連続した基本繊維から形成されます。これらの繊維からの生地は、バンドルのように開発することもできます (この場合、基本繊維の数はさらに多くなります)。原材料は、単純な繊維だけでなく、液晶ピッチやポリアクリロニトリルなどの繊維です。製造工程は、原繊維を製造し、空気中で200～300度で加熱。

PANの場合、このプロセスは前処理または難燃剤と呼ばれます。そのような手順が注入可能性などの重要な特性を受け取った後のペック。部分的に繊維が酸化しています。 さらに加熱する方法によって、それらが炭化グループまたは黒鉛グループのどちらに属するかが決まります。 作業の完了は、表面に必要な特性を与えることを意味し、その後、ドレッシングまたはドレッシングが行われます。

大気中の酸化は、酸化の結果としてだけでなく、耐火性を高めます。部分的な脱水素だけでなく、分子間架橋などのプロセスも寄与します。さらに、炭素原子の溶融および揮発に対する材料の感受性が低下する。炭化（高温相）は、ガス化とすべての異物原子の除去を伴います。

その後の炭化は、1000～1500度の窒素環境で行われます。 多くの技術者によると、最適な加熱レベルは 1200 ～ 1400 度です。 高弾性繊維は、約 2500 度に加熱する必要があります。予備段階では、PAN はラダー微細構造を取得します。分子内レベルでの縮合は、その発生の「原因」であり、多環芳香族物質の出現を伴います。

温度が上がれば上がるほど、環状型構造は大きくなります。 この技術による熱処理の終了後、分子または芳香族フラグメントの配置は、主軸が繊維軸と平行になるようになる。張力により配向度の低下を防ぎます。熱処理中のPAN分解の特徴は、グラフトモノマーの濃度によって決まります。このような繊維の種類ごとに、初期加工条件が決まります。

液晶石油ピッチは、350～400度の温度で長時間保持する必要があります。このようなレジームは、多環式分子の縮合につながります。それらの質量が増加し、粘着が徐々に発生します（球晶の形成を伴う）。 加熱を止めないと、球晶が成長し、分子量が大きくなり、分離不可能な液晶相が形成されます。 結晶はキノリンに溶けることがありますが、通常はキノリンとピリジンの両方には溶けません (これは技術のニュアンスによって異なります)。

55 ～ 65% の液晶を含む液晶ピッチから得られる繊維は、可塑的に流動します。スピニングは350〜400度で行われます。高度に配向した構造は、最初に空気雰囲気で 200 ～ 350 度に加熱した後、不活性雰囲気にさらすことによって形成されます。 Thornel P-55 繊維は 2000 度まで加熱する必要があり、弾性係数が高いほど、温度も高くする必要があります。

最近、科学的および工学的研究は、水素化技術にますます注目を集めています。繊維の最初の製造は、多くの場合、コール タール ピッチとナフタレン樹脂の混合物を水素化することによって行われます。 この場合、テトラヒドロキノリンが存在する必要があります。 処理温度は380～500度。固体の不純物は、ろ過と遠心分離によって除去できます。その後、ピッチを高温で厚くします。 炭素の生産には、（技術に応じて）さまざまな機器を使用する必要があります。

• 真空を分配する層;
• パンプス;
• シーリングハーネス;
• デスクトップ;
• トラップ;
• 導電性メッシュ;
• 真空フィルム;
• プリプレグ;
• オートクレーブ。

世界市場の主要な炭素繊維メーカーは次のとおりです。

• Thornel、Fortafil、Celion（米国）;
• 「Graphil」と「Modmore」（イギリス）。
• 「クレハロン」「トレイカ」（日本）
• サイテックインダストリーズ;
• ヘクセル;
• SGLグループ;
• 東レ工業；
• ゾルテック;
• 三菱レーヨン。

今日まで、炭素はロシアで生産されています。

• 炭素および複合材料のチェリャビンスク工場。
• "バラコボ カーボン プロダクション";
• NPK「キムプロムエンジニアリング」;
• サラトフ企業「SNV」。

炭素繊維は、複合補強材を作るために使用されます。 それを使用して取得することも一般的です。

• 双方向ファブリック;
• デザイナーファブリック;
• 二軸および四軸組織;
• 不織布;
• 一方向テープ;
• プリプレグ;
• 外部補強;
• 繊維;
• ハーネス。

かなり深刻な革新が今 赤外線暖かい床 この場合、材料は従来の金属線の代替として使用されます。 3倍の発熱が可能で、さらに消費電力を約50%削減。複雑な技術をモデリングするファンは、巻き上げて得られたカーボンパイプをよく使用します。これらの製品は、自動車やその他の機器のメーカーからも需要があります。カーボンファイバーはハンドブレーキなどによく使われます。 また、この資料に基づいて、以下を受け取ります。

• 航空機モデルの部品。
• フード全体;
• 自転車;
• 車やバイクのチューニングパーツ。

炭素繊維パネルは、アルミニウムよりも 18% 硬く、構造用鋼よりも 14% 大きい.この材料に基づくスリーブは、可変断面のパイプやチューブ、さまざまなプロファイルのスパイラル製品を得るために必要です。また、クラブの製造や修理にも使用されます。また、その使用について言及する価値があります スマートフォンやその他のガジェット用の特に耐久性のあるケースの製造において。 そのような製品は通常、高級感があり、装飾性が向上しています。

分散黒鉛タイプの粉末に関しては、次のものが必要です。

• 導電性コーティングを受け取ったとき。
• さまざまな種類の接着剤の放出時;
• 金型やその他の部品を強化する場合。

炭素繊維パテは、多くの点で従来のパテよりも優れています。このような組み合わせは、可塑性、機械的強度について多くの専門家によって高く評価されています。この組成物は、深い欠陥をカバーするのに適しています。カーボンロッドまたはロッドは、強く、軽く、長持ちします。 このような資料は、次の場合に必要です。

• 航空;
• ロケット産業;
• スポーツ用品の製造。

カルボン酸の塩の熱分解により、ケトンおよびアルデヒドを得ることができる。炭素繊維の優れた熱特性により、ヒーターや電熱パッドに使用できます。 これらのヒーター:

• 経済的;
• 信頼性のある;
• 印象的な効率が異なります。
• 有害な放射線を拡散させないでください。
• 比較的コンパクト。
• 完全に自動化されています。
• 問題なく動作しました。
• 異音を広げないでください。

炭素-炭素複合材は、次の製造に使用されます。

• るつぼの略です。
• 真空溶解炉用コニカル部品。
• それらのための管状の部品。

その他の適用分野は次のとおりです。

• 自家製ナイフ;
• エンジンのリードバルブに使用。
• 建設で使用します。

現代のビルダーは、外部補強だけでなく、この素材を長い間使用してきました。石造りの家やプールを強化するためにも必要です。補強層を貼り付けることで、橋梁の支柱や梁の品質が回復します。また、ケーソンやサイロピットで作業する際に、浄化槽を作成したり、天然の人工貯水池を組み立てたりするためにも使用されます。

次のビデオでは、炭素繊維の製造について詳しく説明します。