Uvod u karbonska vlakna

Ugljična vlakna su organska prekursorska vlakna kao što je poliakrilonitril (ili smola, rajon), koja se piroliziraju i karboniziraju u okruženju visoke temperature kako bi se formirala struktura ugljične okosnice, i anorganska polimerna vlakna s udjelom ugljika višim od 90 posto. Ugljična vlakna imaju izvrsna mehanička svojstva i kemijsku stabilnost, nisku gustoću od aluminija, veću čvrstoću od čelika,međuvlakno visokih performansito je bilou masovnoj proizvodnji, karbonska vlakna imaju najveću specifičnu čvrstoću i najveći specifični modul vlakana, te imaju niz izvrsnih svojstava kao što su električna vodljivost, toplinska vodljivost, otpornost na koroziju i niz drugih materijala koji se ne mogu zamijeniti. Ugljična vlakna naširoko se koriste u zrakoplovstvu, vjetroelektranama, sportu i slobodnom vremenu, tlačnim posudama, kompozitnim materijalima ugljik/ugljik, transportnoj konstrukciji i drugim područjima.

Ugljična vlakna mogu se klasificirati prema različitim dimenzijama kao što su tip prekursora, mehanička svojstva, specifikacije vlakna i postupak pripreme prekursora. Standardi klasifikacije za različite vrste karbonskih vlakana su sljedeći:

Vrste prekursora: podijeljeni na ugljična vlakna na bazi pana, ugljična vlakna na bazi smole i ugljična vlakna na bazi rajona. Među njima, ugljična vlakna temeljena na PAN-u brzo su zauzela glavnu poziciju od svog predstavljanja 1960-ih, čineći više od 90 posto ukupnih ugljičnih vlakana zbog svog relativno jednostavnog procesa proizvodnje, izvrsnih mehaničkih svojstava i širokog raspona upotrebe. Opseg proizvodnje proizvoda na bazi smole i rajona je mali. Stoga se trenutno ugljična vlakna općenito odnose na ugljična vlakna temeljena na PAN-u.

Mehanička svojstva: Mehanička svojstva se uglavnom koriste u industriji za klasifikaciju. Prema klasifikaciji mehaničkih svojstava trenutnog nacionalnog standarda za ugljična vlakna na bazi poliakrilonitrila GB/T 26752-2020, ugljična vlakna na bazi PAN-a podijeljena su u četiri kategorije: tipa visoke čvrstoće, srednje čvrstoćemodulustip, visoko-modulustip, te visoke čvrstoće i visokemodulustip.

Specifikacije za vuču: Prema broju ugljičnih vlakana, može se podijeliti na male i velike vučne trake. Općenito, karbonska vlakna s brojem pramenova manjim od 24K nazivaju se malim pramenovima (1K predstavlja 1000 filamenata u snopu karbonskih vlakana), a ona iznad 24K nazivaju se velikim pramenovima. Mala vučna karbonska vlakna imaju izvrsnu izvedbu, nisku snagu i visoku cijenu, a općenito se koriste u područjima visoke tehnologije kao što su zrakoplovstvo, nacionalna obrana i vojna industrija. Veliki vučni proizvodi imaju relativno niske performanse, nisku cijenu i tešku kontrolu proizvodnje te se široko koriste u osnovnim industrijama i civilnim područjima.

Postupak pripreme prekursora: Prema odabiru otapala za predenje, kontinuitetu procesa polimerizacije, metodi postupka koja se koristi za predenje itd., priprema prekursora može se podijeliti u različite vrste procesa. Prema otapalu za predenje, uključuje DMSO (dimetil sulfoksid), DMAC (N,N dimetilacetamid), NaSCN (natrij tiocijanat) i druge različite kategorije otapala. Prema kontinuitetu procesa polimerizacije, može se podijeliti na jednostupanjsku metodu i dvostupanjsku metodu. Prema procesu predenja, može se podijeliti na mokro predenje i mokro predenje sa suhim mlazom.