Süsinikkiust tooted on meie elus laialt levinud. Süsinikkiud on hea materjal paljude igapäevaste asjade valmistamiseks. Niisiis, mis on süsinikkiud? Millised on süsinikkiu omadused? Millised on süsinikkiu eelised võrreldes teiste tavaliste materjalidega?
Tegelikult on süsinikkiudu mitut tüüpi. Niisiis, millised on süsinikkiu kategooriad? Millised on erinevate kategooriate eelised ja omadused?
Mis on süsinikkiud?
Süsinikkiud (lühidalt CF) on uut tüüpi kiudmaterjal, millel on kõrge tugevus ja kõrge moodulkiud, mille süsinikusisaldus on üle 95%. See on mikrokristalliline grafiitmaterjal, mis on saadud orgaaniliste kiudude, näiteks helveste grafiidi mikrokristallide karboniseerimisel ja grafitimisel, mis on virnastatud piki kiu aksiaalset suunda. Süsinikkiud on "väljast pehme ja seest kõva". See on metallist alumiiniumist kergem, kuid selle tugevus on terasest suurem. Sellel on korrosioonikindluse ja kõrge mooduli omadused. See on oluline materjal riigikaitses, sõjatööstuses ja tsiviilkasutuses. Sellel pole mitte ainult süsinikmaterjalidele omased olemuslikud omadused, vaid ka tekstiilkiudude pehmus ja töödeldavus. See on uue põlvkonna tugevduskiud.
Süsinikkiul on palju suurepäraseid omadusi. Süsinikkiul on suur teljesuunaline tugevus ja moodul, madal tihedus, kõrge erijõudlus, roomamisvaba, üli-kõrge temperatuuritaluvus mitte-oksüdeerivas keskkonnas, hea väsimuskindlus, erisoojus ja juhtivus mitte-metalli ja metalli vahel, väike soojuspaisumise koefitsient ja anisotroopsus, hea korrosioonikindlus}}}}} hea X{{4}-kiirguse läbilaskvus. Hea elektri- ja soojusjuhtivus, hea elektromagnetiline varjestus jne. Võrreldes traditsioonilise klaaskiuga on süsinikkiu Youngi moodul rohkem kui 3 korda suurem kui traditsioonilisel klaaskiul ja võrreldes Kevlari kiuga, on selle Youngi moodul umbes 2 korda suurem kui traditsioonilisel klaaskiul. See on orgaanilistes lahustites, hapetes ja leelistes lahustumatu ja mitte{10}}paisuv ning sellel on suurepärane korrosioonikindlus. Millised on süsinikkiudude kategooriad? Süsinikkiu võib vastavalt toormaterjali allikale jagada polüakrüülnitriil-põhiseks süsinikkiuks, 1K süsinikkiust-valmistatud toruasfaldi-põhiseks süsinikkiuks, viskoos-põhiseks süsinikkiuks, fenool-põhiseks süsinikkiuks ja aurus{18}}kasvatatud süsinikkiuks. Toimivuse järgi saab selle jagada üldotstarbeliseks-kõrge-tugevaks, keskmise-mooduliga kõrge-mudeliks, kõrge{24}}mudeliks ja üli-kõrge{26}}mudeli süsinikkiuks ning vastavalt olekule filamentkiuks, lühikeseks kiuks ja lühikeseks{27}}. Mehaaniliste omaduste järgi võib selle jagada üldotstarbelisteks-ja suure jõudlusega{30}}tüüpideks. Üldotstarbelise süsinikkiu tugevus on 1000 MPa ja moodul umbes 100 GPa. Kõrge jõudlusega süsinikkiud jagunevad tugevaks (tugevus 2000 MPa, moodul 250 GPa) ja suureks tüübiks (moodul 300 GPa või rohkem). Tugevust üle 4000 MPa nimetatakse ka üli-kõrge tugevusega tüübiks; moodulit, mis on suurem kui 450 GPa, nimetatakse üli-kõrgeks mudeliks.
Lennundus- ja lennundustööstuse arenguga on ilmunud ka ülitugev{0}} ja ülitugev- süsinikkiud, mille venivus on suurem kui 2%. Enimkasutatav on polüakrüülnitriil PAN{4}}põhine süsinikkiud.
Rohkem kui 90% turul olevatest süsinikkiududest on peamiselt PAN{1}}põhised süsinikkiud.
Kuna süsinikkiust koosnevat salapärast loori pole veel täielikult paljastatud, ei saa inimesed selle valmistamiseks otseselt süsinikku ega grafiiti kasutada. Nad saavad toorainena kasutada ainult mõnda süsiniku{1}}sisaldavat orgaanilist kiudu (nagu nailon, akrüül, rayon jne) ning kombineerida orgaanilisi kiude plastikvaikudega, et karboniseerida ja valmistada süsinikkiude.
PAN{0}}põhine süsinikkiud
PAN{0}}põhise süsinikkiu tootmisprotsess hõlmab peamiselt kahte protsessi: lähteainete tootmist ja lähteainete karboniseerimist: esiteks töödeldakse see rea protsesside (nt akrüülnitriili polümerisatsioon ja ketramine) kaudu polüakrüülnitriilkiuks või eelkäijaks, mida nimetatakse "emaks", ning seejärel asetatakse need lähteained oksüdatsiooniahju oksüdatsiooniks, oksüdeerimiseks temperatuuril 30, 20 °C ja 30 °C. karboniseerimine ja muud protsessid viiakse läbi temperatuuril 1000–2000 kraadi C süsinikkiu valmistamiseks.
Asfaldi{0}}põhine süsinikkiud
Ameerika Ühendriigid leiutasid mitteväärismetallist mesofaasi asfaldi, mis sisaldab tekstiilasfaldi{0}}põhist süsinikkiudu. Pärast lähteaine stabiliseerimist ja karboniseerimist on süsinikkiu tõmbetugevus 3,5 G Pa ja moodul 252 G Pa; Prantsusmaa on välja töötanud kuuma{4}}kindla ja kõrge juhtivusega mesofaasiasfaldi-põhise süsinikkiu ning Poola on välja töötanud uue meetodi metall-kattega süsinikkiu jaoks. Näiteks vask{8}}kattega asfalt-põhine süsinikkiud valmistatakse segamismeetodil. Esiteks segatakse vasesool isotroopse kivisöetõrvaga, tsentrifuugitakse, stabiliseeritakse õhus ja töödeldakse kõrgel temperatuuril{11}}vesinikuga, et saada vask-süsinikkiud. Maailma asfaldi{13}põhise süsinikkiu tootmisvõimsus on suhteliselt väike. Asfaldipõhise{15}süsinikkiu kodumaine teadus- ja arendustegevus algas varem, kuid arenduses, tootmises ja rakendamises on välisriikidega võrreldes suur lõhe.
Süsinikkiud jagunevad vastavalt erinevatele tootespetsifikatsioonidele kahte kategooriasse: kosmose- ja tööstuslik klass, tuntud ka kui väike puksiiri ja suur taks. Üle 48K süsinikkiudu nimetatakse tavaliselt suureks pukseeritud süsinikkiuks, sealhulgas 360K ja 480K. Lennundus{5}}klassi süsinikkiud oli algstaadiumis peamiselt 3K ja järk-järgult arenes see 12K ja 24K. Seda kasutatakse peamiselt riigikaitse- ja sõjatööstuses ning kõrgtehnoloogias, samuti spordi- ja vabaajatoodetes, nagu lennukid, raketid, raketid, satelliidid, õngeridvad, nuiad ja reketid. Tööstuslikku-puhast süsinikkiudu kasutatakse erinevates tsiviiltööstuses, sealhulgas tekstiili-, meditsiini- ja tervishoiu-, elektromehaanika-, tsiviilehitus-, transpordi- ja energeetikatööstuses.
,
