Suure jõudlusega süsinikkiudude valmistamine ja klassifitseerimine
Süsinikkiude kasutatakse laialdaselt kosmose-, auto- ja muudes suure jõudlusega rakendustes tänu nende silmapaistvale tugevuse ja kaalu suhtele ning suurele jäikusele. Nende kiudude ettevalmistamine ja klassifitseerimine hõlmab mitmeid keerulisi protsesse, mis nõuavad spetsiaalset varustust ja teadmisi.
Süsinikkiudude valmistamine:
Süsinikkiud valmistatakse tavaliselt lähtematerjalidest, nagu polüakrüülnitriil (PAN), pigi või viskoos. Lähtematerjalid muudetakse kiududeks pürolüüsi teel, mis hõlmab materjali kuumutamist kõrge temperatuurini hapniku puudumisel.
PAN-põhised süsinikkiud:
PAN-põhised süsinikkiud on oma suurepäraste omaduste tõttu kõige laialdasemalt kasutatav süsinikkiu tüüp. PAN-põhiste süsinikkiudude tootmisprotsess hõlmab mitut etappi, sealhulgas oksüdeerimist, stabiliseerimist ja karboniseerimist.
Esimene etapp, oksüdatsioon, hõlmab PAN-kiudude kuumutamist õhus, et parandada nende termilist stabiilsust ja eemaldada kõik lisandid. Selle protsessi käigus luuakse materjal, mida nimetatakse oksüdeeritud PAN-iks (OPAN), mida seejärel edasi töödeldakse stabiliseeritud PAN-i (SPAN) saamiseks.
Teises etapis, stabiliseerimisel, kuumutatakse SPAN-kiude inertses atmosfääris umbes 250 kraadini, et tekitada keemiline ristsidumine ja stabiliseerida kiud. Saadud materjali nimetatakse süsinikkiust lähteaineks.
Finally, in the third stage, carbonization, the precursor fibers are heated to high temperatures (>1000 kraadi) hapniku puudumisel, et muuta need süsinikkiududeks.
Pigipõhised süsinikkiud:
Pigipõhised süsinikkiud valmistatakse nafta või kivisöetõrva pigi kuumutamisel õhu puudumisel kõrgel temperatuuril. Saadud materjal ekstrudeeritakse seejärel kiududeks ja karboniseeritakse. Nendel kiududel on suurepärased mehaanilised omadused, kuid nende tootmine on PAN-põhiste süsinikkiududega võrreldes kallim.
Süsinikkiudude klassifikatsioon:
Süsinikkiud klassifitseeritakse nende tõmbetugevuse ja mooduli järgi. Tõmbetugevus on maksimaalne pinge, mida materjal võib enne purunemist taluda, samas kui moodul viitab materjali jäikusele.
Süsinikkiudude klassifikatsioonisüsteem põhineb tõmbemoodulil ja selle kehtestas Rahvusvaheline Standardiorganisatsioon (ISO). ISO standard liigitab süsinikkiud erinevatesse klassidesse, millest igaühel on konkreetne tõmbemooduli vahemik.
Kõige tavalisemad süsinikkiudude klassid on:
- Standardmoodul (SM): 34-38 MSI tõmbemoodul.
- Vahemoodul (IM): 38-42 MSI tõmbemoodul.
- Kõrge moodul (HM): 42-75 MSI tõmbemoodul.
- Ülikõrge moodul (UHM): 75-145 MSI tõmbemoodul.
Järeldus:
Suure jõudlusega süsinikkiudude ettevalmistamine ja klassifitseerimine nõuab eriteadmisi ja -seadmeid. PAN-põhised süsinikkiud on nende suurepäraste omaduste ja kulutasuvuse tõttu kõige laialdasemalt kasutatav tüüp. Süsinikkiud klassifitseeritakse nende tõmbetugevuse ja mooduli alusel ning konkreetsete rakenduste jaoks on saadaval mitu klassi. Süsinikkiudtehnoloogia alal käimasolev teadus- ja arendustegevus toob eeldatavasti kaasa nende omaduste edasise paranemise ja madalamate kulude, muutes need erinevates tööstusharudes üha populaarsemaks.
