คาร์บอนไฟเบอร์: คุณสมบัติ, ภาพถ่าย, การได้มา, การใช้

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

อุตสาหกรรมขั้นสูงและการก่อสร้างเพิ่งเข้าใจเทคโนโลยีใหม่ขั้นพื้นฐานหลายอย่าง ซึ่งส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับวัสดุที่เป็นนวัตกรรมใหม่ ผู้ใช้ทั่วไปสามารถสังเกตเห็นการรวมตัวกันของกระบวนการนี้ในตัวอย่างของวัสดุก่อสร้างด้วยการรวมคอมโพสิต นอกจากนี้ ในอุตสาหกรรมยานยนต์ยังมีการแนะนำองค์ประกอบคาร์บอนที่เพิ่มประสิทธิภาพของรถสปอร์ต และนี่ไม่ใช่พื้นที่ทั้งหมดที่ใช้คาร์บอนไฟเบอร์ พื้นฐานสำหรับส่วนประกอบนี้คือเส้นใยคาร์บอนซึ่งมีรูปถ่ายอยู่ด้านล่าง อันที่จริง เอกลักษณ์และการกระจายเชิงรุกของคอมโพสิตเจเนอเรชันใหม่อยู่ในคุณสมบัติทางเทคนิคและทางกายภาพที่ไม่มีใครเทียบได้

เทคโนโลยีการผลิต

สำหรับการผลิตวัตถุดิบนั้นใช้วัตถุดิบในรูปของเส้นใยธรรมชาติหรือเส้นใยเคมีที่มีแหล่งกำเนิดอินทรีย์ นอกจากนี้ จากการแปรรูปพิเศษ มีเพียงอะตอมของคาร์บอนที่ยังคงอยู่จากชิ้นงานเดิม อิทธิพลหลักคืออุณหภูมิ กระบวนการทางเทคโนโลยีเกี่ยวข้องกับการดำเนินการบำบัดความร้อนหลายขั้นตอน ในระยะแรก โครงสร้างปฐมภูมิจะถูกออกซิไดซ์ภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูงถึง 250 °C ในครั้งต่อไปในขั้นตอนการผลิต การผลิตเส้นใยคาร์บอนจะผ่านเข้าสู่กระบวนการคาร์บอไนเซชัน อันเป็นผลมาจากการที่วัสดุถูกทำให้ร้อนในสภาพแวดล้อมที่มีไนโตรเจนที่อุณหภูมิสูงถึง 1500 °C จึงมีโครงสร้างคล้ายกราไฟท์ กระบวนการผลิตทั้งหมดเสร็จสิ้นโดยการบำบัดขั้นสุดท้ายในรูปแบบของกราฟต์ที่ 3000 °C ในขั้นตอนนี้ ปริมาณคาร์บอนบริสุทธิ์ในเส้นใยถึง 99%

คาร์บอนไฟเบอร์ใช้ที่ไหน

หากในช่วงปีแรกๆ ของการทำให้เป็นที่นิยม วัสดุถูกนำมาใช้เฉพาะในพื้นที่ที่มีความเฉพาะทางสูง ทุกวันนี้มีการขยายการผลิตที่ใช้เส้นใยเคมีนี้ วัสดุค่อนข้างเป็นพลาสติกและแตกต่างกันในแง่ของความเป็นไปได้ของการใช้ประโยชน์ ด้วยความเป็นไปได้สูง ขอบเขตของเส้นใยดังกล่าวจะขยายตัว แต่ในปัจจุบัน การนำเสนอวัสดุประเภทพื้นฐานในตลาดได้กลายเป็นรูปร่างขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เราสามารถสังเกตอุตสาหกรรมการก่อสร้าง ยา การผลิตวิศวกรรมไฟฟ้า เครื่องใช้ในครัวเรือน ฯลฯ สำหรับพื้นที่เฉพาะ การใช้คาร์บอนไฟเบอร์ยังคงเกี่ยวข้องกับผู้ผลิตอุปกรณ์อากาศยาน อิเล็กโทรดทางการแพทย์ และวัสดุดูดซับเรดาร์

รูปแบบการผลิต

อย่างแรกเลย ผลิตภัณฑ์เหล่านี้เป็นผลิตภัณฑ์สิ่งทอที่ทนความร้อน ซึ่งเราสามารถแยกแยะเนื้อผ้า ด้าย เสื้อถัก สักหลาด และอื่นๆ ได้ ทิศทางของเทคโนโลยีที่มากขึ้นคือการผลิตคอมโพสิต บางทีนี่อาจเป็นกลุ่มที่กว้างที่สุดที่มีการแสดงคาร์บอนไฟเบอร์เป็นพื้นฐานสำหรับผลิตภัณฑ์สำหรับการผลิตแบบต่อเนื่องการผลิต. โดยเฉพาะตลับลูกปืน ชุดทนความร้อน ชิ้นส่วนและส่วนประกอบต่างๆ ที่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง คอมโพสิตส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่ตลาดยานยนต์ อย่างไรก็ตาม อุตสาหกรรมการก่อสร้างก็ค่อนข้างเต็มใจที่จะพิจารณาข้อเสนอใหม่จากผู้ผลิตเส้นใยเคมีชนิดนี้

คุณสมบัติของวัสดุ

ลักษณะเฉพาะของเทคโนโลยีในการได้มาซึ่งวัสดุได้ทิ้งร่องรอยไว้บนประสิทธิภาพของเส้นใย เป็นผลให้ความเสถียรทางความร้อนสูงได้กลายเป็นคุณสมบัติเด่นหลักของโครงสร้างของผลิตภัณฑ์ดังกล่าว นอกจากผลกระทบจากความร้อนแล้ว วัสดุยังทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์รุนแรงทางเคมีอีกด้วย จริงอยู่ หากมีออกซิเจนในระหว่างกระบวนการออกซิเดชันเมื่อถูกความร้อน สิ่งนี้จะส่งผลเสียต่อเส้นใย แต่ความแข็งแรงเชิงกลของคาร์บอนไฟเบอร์สามารถแข่งขันกับวัสดุดั้งเดิมจำนวนมากที่ถือว่าแข็งและทนทานต่อความเสียหาย คุณภาพนี้เด่นชัดเป็นพิเศษในผลิตภัณฑ์คาร์บอน คุณสมบัติที่เป็นที่ต้องการของนักเทคโนโลยีของผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ก็คือความสามารถในการดูดซับ เนื่องจากพื้นผิวที่เคลื่อนไหว เส้นใยนี้จึงถือเป็นระบบเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพ

โปรดิวเซอร์

ผู้นำในกลุ่มนี้คือบริษัทอเมริกัน ญี่ปุ่น และเยอรมัน เทคโนโลยีของรัสเซียในด้านนี้แทบไม่มีการพัฒนาในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาและยังคงขึ้นอยู่กับการพัฒนาในยุคโซเวียต จนถึงปัจจุบัน halfเส้นใยที่ผลิตในโลกนี้ถือเป็นของบริษัทญี่ปุ่น Mitsubishi, Kureha, Teijin และอื่นๆ อีกส่วนหนึ่งถูกแบ่งระหว่างชาวเยอรมันและอเมริกา ตัวอย่างเช่น ฝั่งสหรัฐฯ คือ Cytec และในเยอรมนี คาร์บอนไฟเบอร์ผลิตโดย SGL เมื่อไม่นานมานี้ บริษัท Formosa Plastics ของไต้หวันได้เข้าสู่รายชื่อผู้นำในด้านนี้ สำหรับการผลิตในประเทศมีเพียงสอง บริษัท เท่านั้นที่มีส่วนร่วมในการพัฒนาคอมโพสิต - Argon และ Khimvolokno ในเวลาเดียวกัน ผู้ประกอบการชาวเบลารุสและยูเครนประสบความสำเร็จอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยมีความเชี่ยวชาญเฉพาะกลุ่มใหม่ๆ สำหรับการใช้คาร์บอนไฟเบอร์ในเชิงพาณิชย์

อนาคตของคาร์บอนไฟเบอร์

เนื่องจาก CFRP บางประเภทจะอนุญาตให้มีการผลิตผลิตภัณฑ์ที่สามารถคงโครงสร้างเดิมไว้เป็นเวลาหลายล้านปีได้ในเร็วๆ นี้ ผู้เชี่ยวชาญหลายคนคาดการณ์ว่าผลิตภัณฑ์ดังกล่าวจะมีการผลิตมากเกินไป อย่างไรก็ตาม บริษัทที่สนใจยังคงแข่งขันกับการอัพเกรดทางเทคโนโลยี และนี่เป็นเหตุผลส่วนใหญ่ เนื่องจากคุณสมบัติของเส้นใยคาร์บอนมีความสำคัญเหนือกว่าวัสดุแบบดั้งเดิม ก็เพียงพอที่จะจำความแรงและความต้านทานความร้อน จากข้อดีเหล่านี้ นักพัฒนากำลังสำรวจพื้นที่ใหม่ๆ ของการพัฒนา การแนะนำวัสดุน่าจะครอบคลุมไม่เฉพาะพื้นที่เฉพาะ แต่ยังรวมถึงพื้นที่ใกล้กับผู้บริโภคจำนวนมาก ตัวอย่างเช่น ชิ้นส่วนพลาสติก อลูมิเนียม และไม้สามารถเปลี่ยนเป็นคาร์บอนไฟเบอร์ ซึ่งจะเหนือกว่าวัสดุทั่วไปในด้านคุณภาพด้านประสิทธิภาพมากมาย

สรุป

หลายปัจจัยขัดขวางการนำเส้นใยประดิษฐ์ที่มนุษย์สร้างขึ้นมาใช้อย่างแพร่หลาย สิ่งที่สำคัญที่สุดคือค่าใช้จ่ายสูง เนื่องจากคาร์บอนไฟเบอร์ต้องใช้อุปกรณ์ไฮเทคเพื่อการผลิต จึงไม่ใช่ทุกบริษัทจะมีเงินซื้อได้ แต่นี่ไม่ใช่สิ่งที่สำคัญที่สุด ความจริงก็คือไม่ใช่ผู้ผลิตทุกรายที่สนใจในการเปลี่ยนแปลงคุณภาพผลิตภัณฑ์อย่างรุนแรง ดังนั้น ในขณะที่เพิ่มความทนทานขององค์ประกอบหนึ่งของโครงสร้างพื้นฐาน ผู้ผลิตไม่สามารถทำการอัพเกรดที่คล้ายกันในส่วนประกอบที่อยู่ติดกันได้ ผลที่ได้คือความไม่สมดุลที่ทำให้ความสำเร็จทั้งหมดของเทคโนโลยีใหม่เป็นโมฆะ