Kaip gaminamas anglies pluoštas?
Šios stiprios, lengvos medžiagos gamyba, naudojimas ir ateitis
- / AFP / Getty Images
Taip pat vadinamas grafito pluoštu arba anglies grafitu, anglies pluoštas susideda iš labai plonų anglies elemento gijų. Šie pluoštai pasižymi dideliu atsparumu tempimui ir yra ypač tvirti pagal savo dydį. Tiesą sakant, viena iš anglies pluošto formų yra anglies nanovamzdelis – laikoma stipriausia turima medžiaga. Anglies pluoštas programos apima statybas, inžineriją, kosmosą, aukštos kokybės transporto priemones, sporto įrangą ir muzikos instrumentus. Energetikos srityje anglies pluoštas naudojamas vėjo malūnų menčių, gamtinių dujų saugyklų, transportavimui skirtų kuro elementų gamyboje. Orlaivių pramonėje jis naudojamas tiek kariniuose, tiek komerciniuose orlaiviuose, taip pat nepilotuojamuose orlaiviuose. Naftos žvalgybai jis naudojamas giliavandenių gręžimo platformų ir vamzdžių gamyboje.
Greiti faktai: anglies pluošto statistika
- Kiekviena anglies pluošto gijos skersmuo yra nuo 5 iki 10 mikronų. Kad suprastumėte, koks tai mažas, vienas mikronas (um) yra 0,000039 colio. Viena voratinklio šilko gija paprastai yra nuo trijų iki aštuonių mikronų.
- Anglies pluoštai yra dvigubai standesni už plieną ir penkis kartus stipresni už plieną (svorio vienetui). Jie taip pat yra labai atsparūs chemikalams ir atsparūs aukštai temperatūrai bei mažam šiluminiam plėtimuisi.
Žaliavos
Anglies pluoštas yra pagamintas iš organinių polimerų, sudarytų iš ilgų molekulių, kurias kartu laiko anglies atomai. Dauguma anglies pluoštų (apie 90 %) yra pagaminti naudojant poliakrilnitrilo (PAN) procesą. Nedidelis kiekis (apie 10%) gaminamas 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 naudoja patentuotas formules ir žaliavų derinius savo gaminamoms medžiagoms ir apskritai laiko šias specifines formules kaip komercines paslaptis.
Aukščiausios klasės anglies pluoštas su efektyviausiu moduliu (konstanta arba koeficientas, naudojamas išreikšti skaitinį medžiagos tam tikros savybės, pvz., elastingumo) laipsnį, yra naudojamas sudėtingose srityse, pvz., aviacijos ir kosmoso srityse.
Gamybos procesas
Anglies pluošto kūrimas apima tiek cheminius, tiek mechaninius procesus. Žaliavos, žinomos kaip pirmtakai, sutraukiamos į ilgas sruogas ir kaitinamos iki aukštos temperatūros anaerobinėje (be deguonies) aplinkoje. Užuot degę, dėl didelio karščio pluošto atomai vibruoja taip stipriai, kad beveik visi ne anglies atomai yra išstumiami.
Pasibaigus karbonizacijos procesui, likęs pluoštas susideda iš ilgų, glaudžiai susipynusių anglies atomų grandinių, kuriose likę keli ne anglies atomai arba jų visai nėra. Šie pluoštai vėliau įaudžiami į audinį arba sujungiami su kitomis medžiagomis, kurios vėliau suvyniojamos siūlais arba formuojamos norimos formos ir dydžio.
Anglies pluošto gamybos PAN procese būdingi šie penki segmentai:
- Reikia ekonomiškesnio atkūrimo ir remonto
- Netvarios kai kurių programų gamybos sąnaudos: Pavyzdžiui, nors kuriama nauja technologija, dėl didelių sąnaudų anglies pluoštas automobilių pramonėje šiuo metu naudojamas tik aukštos kokybės ir prabangiose transporto priemonėse.
- Paviršiaus apdorojimo procesas turi būti kruopščiai reguliuojamas, kad nesusidarytų duobių, dėl kurių pluoštas būtų defektuotas.
- Norint užtikrinti pastovią kokybę, būtina griežta kontrolė
- Sveikatos ir saugos problemos, įskaitant odos ir kvėpavimo sudirginimą
- Elektros įrangos lankas ir trumpi jungimai dėl stipraus anglies pluošto laidumo elektrai
- McConnell, Vicki. “ Anglies pluošto gamyba .' CompositeWorld . 2008 m. gruodžio 19 d
- Šermanas, Donas. “ Be anglies pluošto: kita proveržio medžiaga yra 20 kartų stipresnė. ' Automobilis ir vairuotojas. 2015 m. kovo 18 d
- Randall, Danielle. MIT mokslininkai bendradarbiauja su Lamborghini, kad sukurtų ateities elektromobilį . MITMECHE / Naujienose: Chemijos katedra. 2017 m. lapkričio 16 d
- „Anglies pluošto rinka pagal žaliavą (PAN, pikis, viskozė), pluošto tipą (neapdorotas, perdirbtas), produkto tipą, modulį, pritaikymą (sudėtinį, nekompozicinį), galutinio vartojimo pramonę (A ir D, automobilių pramonė, vėjo energija ) ir regionas – pasaulinė prognozė iki 2029 m.“. MarketsandMarkets. 2019 m. rugsėjo mėn
Anglies nanovamzdeliai gaminami kitokiu būdu nei standartiniai anglies pluoštai. Manoma, kad nanovamzdeliai yra 20 kartų stipresni už jų pirmtakus, jie kaliami krosnyse, kuriose anglies dalelėms garinti naudojami lazeriai.
Gamybos iššūkiai
Anglies pluošto gamyba susiduria su daugybe iššūkių, įskaitant:
Anglies pluošto ateitis
Anglies pluošto technologijai toliau tobulėjant, anglies pluošto galimybės tik įvairės ir didės. Masačusetso technologijos institute atlikti keli tyrimai, kuriuose pagrindinis dėmesys skiriamas anglies pluoštui, jau rodo daug pažadų kuriant naujas gamybos technologijas ir dizainą, kad atitiktų kylančią pramonės paklausą.
MIT mechanikos inžinerijos docentas Johnas Hartas, nanovamzdelių pradininkas, dirbo su savo studentais, kad pakeistų gamybos technologiją, įskaitant naujų medžiagų, kurios būtų naudojamos kartu su komerciniais 3D spausdintuvais, paieška. „Paprašiau jų mąstyti visiškai nuo bėgių; jei jiems pavyktų sugalvoti 3D spausdintuvą, kuris dar niekada nebuvo pagamintas, arba naudingą medžiagą, kurios negalima spausdinti naudojant dabartinius spausdintuvus“, – aiškino Hartas.
Rezultatai buvo mašinų prototipai, kurie spausdino išlydytą stiklą, minkštus ledus ir anglies pluošto kompozitus. Pasak Harto, studentų komandos taip pat sukūrė mašinas, galinčias valdyti didelio ploto lygiagrečią polimerų ekstruziją ir atlikti spausdinimo proceso optinį nuskaitymą vietoje.
Be to, Hartas bendradarbiavo su MIT chemijos docentu Mircea Dinca neseniai pasibaigusiame trejų metų bendradarbiavime su Automobili Lamborghini, siekdamas ištirti naujų anglies pluošto ir kompozitinių medžiagų, kurios vieną dieną gali ne tik „paversti visą automobilio kėbulą“ galimybes. naudojama kaip akumuliatoriaus sistema“, bet dėl to „yra lengvesni, tvirtesni korpusai, efektyvesni kataliziniai konverteriai, plonesni dažai ir patobulintas jėgos pavaros šilumos perdavimas [bendrai]“.
Nenuostabu, kad prognozuojama, kad anglies pluošto rinka išaugs nuo 4,7 mlrd. USD 2019 m. iki 13,3 mlrd. USD iki 2029 m., kai bendras metinis augimo tempas (CAGR) yra 11,0 % (arba šiek tiek didesnis). tą patį laikotarpį.