Viskas apie anglies pluoštą ir kaip jis pagamintas

Taip pat vadinamas grafito pluoštu arba anglies grafitu, anglies pluoštas susideda iš labai plonų anglies elemento sruogų. Šie pluoštai turi aukštą atsparumą tempimui ir yra ypač stiprūs dėl savo dydžio. Tiesą sakant, viena anglies pluošto forma - anglies nanovamzdelis—Laikoma stipriausia turima medžiaga. Anglies pluoštas programos apima statybą, inžineriją, kosminę erdvę, didelio našumo transporto priemones, sporto įrangą ir muzikos instrumentus. Energetikos srityje anglies pluoštas naudojamas vėjo malūnų mentėms gaminti, gamtinių dujų saugykloms ir kuro elementams transportuoti. Orlaivių pramonėje jis gali būti naudojamas tiek kariniuose, tiek komerciniuose orlaiviuose, taip pat nepilotuojamuose orlaiviuose. Naftos tyrimams jis naudojamas giluminių gręžinių platformų ir vamzdžių gamyboje.

Greiti faktai: Anglies pluošto statistika

Anglies pluoštas yra pagamintas iš organinių polimerų, kuriuos sudaro ilgos molekulių stygos, kurias palaiko anglies atomai. Dauguma anglies pluoštų (apie 90%) yra gaminami iš poliakrilnitrilo (PAN) proceso. Nedidelis kiekis (apie 10%) pagamintas iš viskozės arba naftos pikio proceso.

Gamybos procese naudojamos dujos, skysčiai ir kitos medžiagos sukuria specifinį anglies pluošto poveikį, savybes ir rūšis. Anglies pluošto gamintojai savo gaminamoms medžiagoms naudoja patentuotus receptus ir žaliavų derinius ir apskritai šias specifines receptūras traktuoja kaip komercines paslaptis.

Aukščiausios rūšies anglies pluoštas, kurio modulis yra pats efektyviausias (konstantas arba koeficientas, naudojamas išreikšti skaitinį laipsnį) kurios medžiaga turi tam tikrą savybę, tokią kaip elastingumas), savybės yra naudojamos tokiose reikliose srityse kaip aviacija.

Anglies pluošto kūrimas apima tiek cheminius, tiek mechaninius procesus. Žaliavos, vadinamos pirmtakais, suveržiamos į ilgas gijas ir tada kaitinamos iki aukštos temperatūros anaerobinėje (be deguonies) aplinkoje. Užuot deginęs, didelis karštis sukelia pluošto atomų vibracijas taip žiauriai, kad išmetami beveik visi ne anglies atomai.

Užbaigus karbonizacijos procesą, likusį pluoštą sudaro ilgos, sandariai sujungtos anglies atomo grandinės, kuriose yra mažai anglies atomų arba jų nėra. Vėliau šie pluoštai yra austi į audinį arba sujungti su kitomis medžiagomis, kurios po to yra apvyniotos arba suformuotos į norimas formas ir dydžius.

Anglies pluošto gamybos PAN procesui būdingi šie penki segmentai:

1. Verpimo. PAN sumaišomas su kitais ingredientais ir susukamas į pluoštus, kurie po to plaunami ir ištempiami.
2. Stabilizuojantis. Pluoštai chemiškai keičiami, kad stabilizuotųsi jungtis.
3. Karbonizavimas. Stabilizuoti pluoštai kaitinami iki labai aukštos temperatūros ir sudaro sandariai sujungtus anglies kristalus.
4. Apdoroti paviršių. Norėdami pagerinti sukibimo savybes, pluoštų paviršius yra oksiduojamas.
5. Dydžiai. Pluoštai yra padengti ir suvynioti ant ritės, kurios dedamos į verpimo mašinas, kurios susuka pluoštus į skirtingo dydžio siūlus. Užuot buvęs austi į audinius, pluoštai taip pat gali būti formuojami į sudėtinis Medžiagos, naudodamos šilumą, slėgį arba vakuumą, kad pluoštai būtų surišti kartu su plastikiniu polimeru.

Anglies nanovamzdeliai gaminami kitokiu būdu nei standartiniai anglies pluoštai. Manoma, kad nanovamzdeliai, kurie yra 20 kartų stipresni už jų pirmtakus, kaliami krosnyse, kuriose lazeriai garuoja anglies daleles.

Anglies pluošto gamyba kelia daugybę iššūkių, įskaitant:

• Ekonomiškiau atkurti ir taisyti poreikis
• Neįtvarios kai kurių programų gamybos sąnaudos: Pvz., Nors ir kuriamos naujos technologijos dėl: Dėl pernelyg didelių išlaidų, anglies pluošto naudojimas automobilių pramonėje šiuo metu apsiriboja didelio našumo ir prabangos galimybėmis transporto priemonių.
• Paviršiaus apdorojimo procesas turi būti kruopščiai reguliuojamas, kad nesusidarytų duobių, dėl kurių pluoštai gali būti sugedę.
• Norint užtikrinti pastovią kokybę, būtina atidi kontrolė
• Sveikatos ir saugos klausimai, įskaitant odos ir kvėpavimo dirginimą
• Elektros įrenginių lankas ir šortai dėl stipraus anglies pluošto elektros laidumo

Kadangi anglies pluošto technologija toliau tobulėja, anglies pluošto galimybės tik įvairės ir didės. Masačusetso technologijos institute keli tyrimai apie anglies pluoštą jau rodo a daug pažadėta sukurti naują gamybos technologiją ir dizainą, kad atitiktų kylančią pramonę paklausa.

MIT mechanikos inžinerijos profesorius Johnas Hartas, nanovamzdelių pradininkas, dirbo kartu su savo studentais gamybos technologija, įskaitant naujų medžiagų, kurios bus naudojamos kartu su komercinio lygio 3D spausdintuvais, paiešką. „Aš paprašiau jų visiškai pagalvoti apie bėgius; jei jie galėtų įsivaizduoti 3D spausdintuvą, kuris niekada nebuvo pagamintas anksčiau, arba naudingą medžiagą, kurios negalima atspausdinti naudojant dabartinius spausdintuvus “, - aiškino Hartas.

Rezultatas buvo mašinų prototipai, spausdinantys išlydytą stiklą, minkštų patiekalų ledus ir anglies pluošto kompozitus. Anot Harto, studentų komandos taip pat sukūrė mašinas, kurios galėtų atlikti „lygiagretų polimerų ekstruziją dideliame plote“ ir atlikti spausdinimo proceso „in situ optinį nuskaitymą“.

Be to, Hartas dirbo su MIT chemijos docentu Mircea Dinca, neseniai baigusiu trejų metų bendradarbiavimą su „Automobili Lamborghini“. ištirti naujų anglies pluošto ir kompozicinių medžiagų galimybes, kurios vieną dieną gali ne tik suteikti „galimybę naudoti visą automobilio kėbulą kaip akumuliatorių sistema “, bet lemia„ lengvesnius, stipresnius kėbulus, efektyvesnius katalizinius konverterius, plonesnius dažus ir pagerintą jėgos pavaros šilumos perdavimą [apskritai] “.

Esant tokiems stulbinantiems proveržiams horizonte, nenuostabu, kad anglies pluošto rinka, kaip prognozuojama, augs nuo 4,7 USD milijardą 2019 m. - iki 13,3 milijardo JAV dolerių iki 2029 m., kai bendras augimo tempas (CAGR) per tą patį laikotarpį yra 11,0% (arba šiek tiek didesnis). laikas.

• McConnell, Vicki. "Anglies pluošto gamyba." „CompositeWorld“. 2008 m. Gruodžio 19 d
• Šermanas, Donas. "Už anglies pluošto: kita perversmo medžiaga yra 20 kartų stipresnė." Automobilis ir vairuotojas. 2015 m. Kovo 18 d
• Randall, Danielle. “MIT tyrėjai bendradarbiauja su „Lamborghini“ kurdami ateities elektrinį automobilį. “ MITMECHE / Naujienose: Chemijos katedra. 2017 m. Lapkričio 16 d
• Anglies pluošto rinka pagal žaliavas (PAN, pikis, rajonas), pluošto rūšis (pirmoji, perdirbta), produkto rūšis, modulis, taikymas (Sudėtinė, nekompozicinė), galutinio vartojimo pramonė (moksliniai tyrimai ir plėtra, automobilių pramonė, vėjo energija) ir regionas - pasaulinė prognozė iki 2029 m. " „MarketsandMarkets ™“. 2019 metų rugsėjis