Ինչ տեսակի նյութ է կարբոնային թանգարանը?

Հասկացողություն Ածխածնային մանրաթելե կտոր Կազմվածք

Սկզբնապահի նյութեր՝ բազմատարածից մինչև կարբոն

Ածխածնային մանրաթելը սկսում է իր կյանքը մի շարք բավականի լավ հումքով, հիմնականում պոլիակրիլնիտրիլով կամ կրճատ ասած՝ PAN-ով, ինչպես նաև նավթային մնացորդներով (pitch)։ Այստեղ ամենակարևորը այն է, թե ինչ է օգտագործվում այդ մանրաթելերը ստանալու համար, քանի որ դա իրականում որոշում է, թե ինչպիսին կլինի վերջնական ապրանքը։ Այսօրվա շուկայում առկա ածխածնային մանրաթելերի մեծամասնությունը ամբողջությամբ ստացվում է PAN նյութից՝ կազմելով արտադրության մոտ 90%-ը։ Մնացած 10%-ը՞։ Ահա այդտեղ էլ կիրառվում են նավթային մնացորդները և հին ձևանմուշային վիսկոզային մանրաթելը (rayon)։ Երբ արտադրողները ընտրում են իրենց ելային նյութերը, նյութի որակն ամենամեծ տարբերությունն է առաջացնում մանրաթելի ամրության, այն կոշտության և ջերմային լարվածության դիմաց դիմադրության հարցերում, որոնք առաջանում են մշակման ընթացքում։ Այս հիմնարար նյութերի ընտրության գործընթացն ահագին ազդեցություն է թողնում վերջնական արդյունքի վրա՝ կիրառման տարբեր ոլորտներում։

Պոլիմերները ածխածնի փոխարկելը բոլոր քայլերը ճիշտ կատարելու մասին է: Վերցրեք, օրինակ, ածխացումը: Երբ ածխածնի մանրաթելեր են պատրաստում PAN-ից (պոլիակրիլնիտրիլ), արտադրողները նյութը շատ բարձր ջերմաստիճանում տաքացնում են առանց թթվածնի առկայության: Այս գործընթացը հիմնականում այրում է ամեն ինչ, որ ածխածին չէ, և պահում է այն հատուկ թելերի հատկությունները, որոնք ցանկանում ենք: Այս ինտենսիվ մշակումից հետո հետևում է մշակման մեկ այլ փուլ, երբ թելերը մշակում և չափահամար են տալիս, որպեսզի ավելի լավ միանան միմյանց հետ, երբ ապարանքի մեջ են ուլունքվում: Իսկ հետաքրքիր մի բան. եթե ելային նյութը լավ որակի չէ, ապա ամեն ինչ հետագա փուլերում կքայքայվի: Դա է պատճառը, որ լուրջ արտադրողները պարտադիր պահանջում են օգտագործել բարձրորակ ելային նյութեր իրենց ամբողջ գործընթացների ընթացքում: Լավ մուտքային տվյալներ նշանակում են ավելի ամուր և հուսալի ածխածնային մանրաթելե կտոր վերջապես:

Պատմության դերը Կարբոնային թերևի կանապե Կառուցվածքը

Ածխածնային մանրաթելի կառուցվածքը իրականում որոշում է, թե ինչ մեխանիկական հնարավորություններ այն կարող է ապահովել և որտեղ է կիրառվում: Մենք տեսնում ենք երեք հիմնական տեսակ՝ միակողմանի, ուլունքային և անուլունքային կառուցվածքներ, որոնք յուրաքանչյուրը իր հատուկ բանն են ավելացնում որոշակի նպատակների համար: Միակողմանի ածխածնային մանրաթելի դեպքում բոլոր այդ հզոր մանրաթելերը հարթ են գտնվում միայն մեկ ուղղությամբ: Դա ապահովում է հզոր ամրություն այդ առանցքի երկայնքով, սակայն, եթե մեկ այլ անձ ամրություն է ցանկանում մի քանի ուղղություններով, նրանք ստիպված կլինեն մի քանի տարբեր կողմնուղղվածություններ միասին շերտավորել: Ուլունքային տարբերակները ավելի հեռու են տանում բաները՝ մանրաթելերը խաչաձև ձևով հարթելով նախշերով, ինչպիսիք են սովորական ուլունքը, թվիլ ուլունքը կամ նույնիսկ սատենե ուլունքը: Սա ստեղծում է նյութեր, որոնք համապատասխան դիմացկուն են լինում միաժամանակ երկու ուղղություններով, ինչպես նաև գեղեցիկ տեսք են ունենում ինքնաթիռների արտաքին մասերում կամ սպորտային ավտոմեքենաների մարմիններում:

Ըստ հետազոտողների հարցումների՝ կտորի կառուցվածքի ձևը իրականում ազդում է նրա ամրության և ճկունության վրա: Վերցրեք, օրինակ, ուլունքաձև կտորները, որոնք ունեն միմյանց հատվող թելեր, որոնք տալիս են լավ հավասարակշռություն ամրության և ճկունության միջև: Դա դրանք դարձնում է հիանալի բարդ ձևերի համար, որոնք անհրաժեշտ են օրինակ ինքնաթիռների մասերում կամ ավտոմեքենաների կոմպոնենտներում: Մյուս կողմից, երբ մենք պետք է առավելագույն ամրություն ունենանք մեկ ուղղությամբ, ինչպես որոշ տիեզերական մասերի դեպքում, ամենալավ արդյունքը տալիս են միաուղղությամբ կառուցվածքները: Ածխածնային մանրաթելի ճիշտ տեսակը ընտրելը ուղղակի թղթի վրա լավ տեսք ունեցող մակերես ընտրելն է: Տարբեր արդյունաբերություններ պահանջում են տարբեր կատարողական բնութագրեր, այդ ընտրությունը ճիշտ կատարելը շատ կարևոր է արտադրության արժեքից մինչև վերջնական ապրանքի որակը շատ ոլորտներում:

Կարբոնային թերևի մարմնացումի գործընթացը

Նախագամային նյութեր և ออกซիդացիա

Ածխածնի մանրաթելե կտորի արտադրումը սկսվում է ճիշտ ելային նյութերի նախապատրաստմամբ, ինչը շատ կարևոր է թթվածնի միջավայրում մշակման ընթացքում մանրաթելերի կայունությունն ապահովելու համար: Ամենահաճախը արտադրողները որպես հումք օգտագործում են կա՛մ PAN (պոլիակրիլնիտրիլ), կա՛մ նավթի հիմք: Այս նյութերը պահանջում են մի քանի նախապատրաստական փուլեր ածխածնի մանրաթելեր ստանալու համար: Ամբողջ գործընթացը ներառում է թթվածնի միջավայրում մշակում, որտեղ որոշակի քիմիական նյութեր ապահովում են կայունություն հետագա փուլերում: Այստեղ ըստ էության ածխածնից բացի մնացած ատոմները հեռացվում են, թողնելով հզոր ածխածնային կառուցվածք: Ընդհանրապես մարդիկ օգտագործում են նյութի ենթարկման մեթոդներ օզոնի գազին կամ պարզապես թողնում են սովորական օդում՝ ճիշտ վերահսկելով յուրաքանչյուր փուլի տևողությունը, որպեսզի վերջնական ապրանքը լավ աշխատի և չքայքայվի:

Կարբոնացում և գրաֆիտացում

Կայունացման ավարտից հետո մանրաթելերը անցնում են կարբոնացման միջոցավ, որն էլ իրականում նշանակում է, որ դրանք տաքացվում են մինչև շատ բարձր ջերմաստիճաններ՝ փոխարկելու դրանք իրական ածխածնի։ Սա տեղի է ունենում մոտ 1000 աստիճան Ցելսիուսից մինչև 3000 աստիճան Ցելսիուս։ Այդ ծայրահեղ ջերմաստիճաններում ածխածնից բացի մեծ մասը այրվում է՝ թողնելով հիմնականում մաքուր ածխածնի մանրաթելեր։ Որոշ մանրաթելեր ապա կարող են անցնել մի այլ փուլ՝ կոչված գրաֆիտացում, երբ դրանք տաքացվում են նույնիսկ ավելի բարձր ջերմաստիճաններով, քան 3000 աստիճան։ Այս լրացուցիչ տաքացումը առաջացնում է նյութի մեջ մի քանի կառուցվածքային փոփոխություններ, որոնք իրականում ավելի ուժեղ և դիմացկուն են դարձնում նյութը։ Ամբողջ այս գործընթացի արդյունավետությունը մեծապես կախված է այն բանից, թե ինչպես է վերահսկվում ամեն մի փուլ։ Եթե արտադրողները խախտում են այս ջերմաստիճան-զգայուն փուլերից ցանկացածի ընթացքը, ապա դա կարող է մեծապես ազդել վերջնական ածխածնի թիրախի որակի վրա։

دانشجویان برای بافتن թերև կարբոն

Ածխածին մանրաթել ապրանքի ունեցած հյուսվածքը գալիս է մի քանի տարբեր ձևերով, որոնք նախատեսված են հատուկ նպատակների և նյութի հատկությունների համար: Հիմնական տեսակներն են՝ սովորական, թվիլ և սատին հյուսվածքներ, որոնք յուրաքանչյուրը իր միայնակ առավելություններն ունեն ճկունություն, դիմացկունություն և ընդհանուր ամրություն առումով: Սովորական հյուսվածքը տալիս է միայնակ մեխանիկական հատկություններ ընդհանուր առմամբ: Թվիլ հյուսվածքը ավելի ճկուն է դարձնում ապրանքները, այդ իսկ պատճառով արտադրողները սովորաբար ընտրում են այս տեսակը բարդ ձևերի և մանրամասն նախշերի համար: Սատին հյուսվածքը առանձնանում է, քանի որ այն ստեղծում է շատ հարթ մակերեսներ և թույլ է տալիս նյութին հեշտ ճկվել, այդ իսկ պատճառով լավ է աշխատում այն դեպքերում, երբ կարևոր է տեսքը: Արդյունաբերական հետազոտությունները ցույց են տվել, որ ճիշտ հյուսվածքի ընտրությունը կարող է մեծ տարբերություն առաջացնել արտադրության ծախսերի և վերջնական արտադրանքի արդյունավետության տեսանկյունից, այդ իսկ պատճառով էլ ըմբռնում ենք, թե ինչու են ընկերությունները այնքան շատ ժամանակ ծախսում հասկանալու համար, թե իրենց կարիքներին ինչ տեսակի հյուսվածքն է ամենաշատը համապատասխանում:

Եռանկյունագիծ դեպի կարբոնային վերադիր սահմանափակ արտասանման տեսակներ

Միաուղղություն և բարակված ածխածնային մանրաթելե սալերի միջև հիմնական տարբերությունը նրանց կառուցման ձևում և այն բանում է, թե ինչ կարող են դիմանալ: Միաուղղության սալերի դեպքում բոլոր ածխածնային մանրաթելերը գիտեն մեկ ուղղությամբ, որը նրանց տալիս է հզոր ուժ և կոշտություն այդ գծով: Դա նրանց դարձնում է կատարյալ օդանավերի մասերի համար, որոնք պետք է դիմանան մեծ ուժերին միայն մեկ անկյունից: Մյուս կողմից, բարակված ածխածնային մանրաթելերը նույն մանրաթելերն են, բայց հյուսված անկյուններով, սովորաբար 0/90 աստիճան կամ երբեմն նույնիսկ 45 աստիճան խաչաձև նախշերով: Այս կառուցվածքը ստեղծում է նյութ, որը լավ է դիմանում ճնշումներին տարբեր ուղղություններից: Ավտոմոբիլաշինական արդյունաբերությունը սիրում է այս նյութը ավտոմեքենաների մարմիններ պատրաստելու համար, որոնք պետք է ունենան ուժ և՛ առջևից հետ և՛ կողքից կողք: Նավերի կառուցողները նույնպես մեծապես հիմնվում են բարակված ածխածնի վրա, քանի որ նրանց նավերը դիմանում են ալիքներին, որոնք ջրի վրա հարվածում են տարբեր անկյուններից:

Այդ տարբեր ոճերը նաև մեխանիկական հատկություններով էապես տարբերվում են: Երբ դիտարկում ենք միակողմանի սալերը, նրանք թելերի ուղղությամբ ցուցաբերում են մեծ ձգման և ճկման դիմադրություն: Սա նրանց դարձնում է հիանալի ընտրություն այն դեպքերում, երբ ամենամեծ տևումնականությունը անհրաժեշտ է մեկ ուղղությամբ: Սակայն այդ նույն սալերը զգալիորեն թույլ են դառնում, երբ ազդող ուժերը կողային կամ անկյունագծային են: Ուռուցիկ սալերը ավելի հավասարակշռված արդյունքներ են ցուցաբերում: Նրանք ցանկացած մեկ ուղղությամբ չեն ցուցաբերում նույն ուժը, սակայն իրենց թուլությունը հատուկ ուղղությամբ համալրում են մի քանի ուղղություններով հավասարակշռված աշխատանքով: Այդ բազմակողմանիությունը նրանց օգնում է ավելի լավ դիմանալ տարբեր լարված վիճակներին: Մեծ փորձ ունեցող ինժեներները սովորաբար ընտրում են միակողմանի նյութեր այն կառուցվածքների համար, որոնց անհրաժեշտ է բացառիկ ուժ մեկ որոշակի գծով, իսկ ուռուցիկ տարբերակներն ավելի հաճախ օգտագործվում են այն դեպքերում, երբ կիրառումը ներառում է անկանխատեսելի բեռներ, որոնք միաժամանակ տարբեր ուղղություններից են գալիս:

Հիբրիդ վարդեր կարբոնային վառվածքով

Խառը գործվածքները, որոնք պատրաստված են ածխածնային մանրաթելերի հարմարեցուցիչներով, ավելի ու ավելի կարևոր են դառնում առաջատար արտադրության ոլորտում։ Այս նյութերը միավորում են ածխածնային մանրաթելերը այլ նյութերի հետ՝ ամբողջական արդյունավետության ցուցանիշները բարելավելու համար։ Նորագույն սոսնձման տեխնոլոգիաները թույլ են տալիս ավելի լավ միացում ածխածնային մանրաթելերի և տարբեր հիմնական նյութերի միջև, ինչը նշանակում է, որ վերջնական արտադրանքը կարող է դիմանալ ավելի մեծ լարվածության և ավելի հավասարաչափ բաշխել քաշը։ Ածխածնային մանրաթելերի սոսնձման արժեքը պայմանավորված է արտադրության ծախսերի և արդյունավետության վրա ունեցած ազդեցությամբ։ Դա շատ ավելի հեշտացնում է ածխածնային մանրաթելերի ներդրումը բարդ գործվածքային կառուցվածքների մեջ արտադրման ընթացքում։ Այս պարզեցված մոտեցումը թույլ է տալիս ճարտարագետներին ստեղծել բարդ գործվածքներ, որոնք պահպանում են անհավատալի ամրությունը՝ մնալով անհամեմատ թեթև։ Այդ հատկությունները դրանք դարձնում են իդեալական ինքնաթիռաշինության մասերի համար, որտեղ քաշի խնայողությունը կապված է վառելիքի խնայողության հետ։

Տիեզերական և ավտոմոբիլային արտադրողները սկսել են ընդունել հիբրիդ ձևաթղթերը, քանի որ դրանք ավելի լավ արդյունքներ են տալիս, քան ավանդական նյութերը: Ինքնաթիռների և տիեզերանավերի համար այս կոմպոզիտ նյութերը առանձնանում են իրենց անհավատալի ամրությամբ, միևնույն ժամանակ թեթև լինելով, որպեսզի ավելորդ ծավալ չավելացնեն: Նրանք նաև դիմակայում են խիստ միջավայրերին՝ ժամանակի ընթացքում չքայքայվելով: Ավտոմեքենաների արտադրողները նրանց գտնում են նույնքան արժեքավոր, քանի որ նրանք կարող են ճկվել առանց ճաքերի և ավելի լավ կլանել հարվածները, քան ստանդարտ տարբերակները: Սա շատ կարևոր է ավելի անվտանգ մեքենաներ ստեղծելիս, որոնք պետք է համապատասխանեն խիստ վառելիքի տնտեսության չափանիշներին: Քանի որ ավելի շատ ընկերություններ փորձարկում են հիբրիդ ձևաթղթերի տեխնոլոգիան տարբեր ոլորտներում, մենք իրական աշխարհում տեսնում ենք բարելավումներ ամեն ինչից՝ ինքնաթիռների բաղադրիչներից մինչև մրցարշավային մեքենաների մարմինները: Այս նյութերի բազմակողմանիությունը նշանակում է, որ ճարտարագետները հիմա կարող են լուծել խնդիրներ, որոնք մի քանի տարի առաջ անհնար էին թվում:

Կարբոնային թանգարանի հիմնական հատկություններ

Բարձր ուժ-քաշ հարաբերություն

Ուժի և քաշի հարաբերակցությամբ ածխածնային մանրաթելը առանձնանում է այլ նյութերից, հատկապես ավանդական նյութերից, ինչպիսիք են պողպատը և ալյումինը: Ինչն է ածխածնային մանրաթելը այդքան հատուկ դարձնում: Հիմնականում, այն մոտ 5 անգամ ավելի ամուր է քան պողպատը, սակայն զգալիորեն թեթև է, ինչը հատկապես դուր է գալիս արտադրողներին, երբ անհրաժեշտ է ստանալ թե՛ ամուր, թե՛ թեթև ապրանք: Լաբորատոր պայմաններում այս նյութի վրա կատարված բազում փորձարկումներ ցույց են տվել, որ ածխածնային մանրաթելը դիմադրում է ճնշումներին՝ ավելորդ քաշ չավելացնելով: Այն ճյուղերում, որտեղ նույնիսկ մի ունցիան կարևոր է, այս նյութը հեղափոխական է համարվում: Վերցնենք, օրինակ, ինքնաթիռները: Ավիաընկերությունները, անցնելով ածխածնային մանրաթելից պատրաստված մասերի, սովորաբար կրճատում են իրենց ինքնաթիռների ընդհանուր քաշը, ինչը թույլ է տալիս նվազեցնել վառելիքի ծախսը և միջակայանների միջև ավելի երկար թռիչքներ իրականացնել: Երկրի վրա ավտոմեքենաների արտադրողները նույնպես նկատում են նման առավելություններ: Ածխածնային մանրաթելից պատրաստված մասերով ավտոմեքենաները սովորաբար կորցնում են իրենց սկզբնական քաշի մոտ կեսը, ինչը թույլ է տալիս բարելավել վառելիքի սպառումը մոտ 35%-ով՝ ապահովելով նույն անվտանգությունը ու հարմարավետությունը ճամփորդողների համար: Այս թվերը հաստատված են Energy.gov-ի կողմից, սակայն իրական արդյունքները կարող են տարբերվել՝ կախված նյութի կիրառման ձևից:

Հետաքրիばանություն և էլեկտրոստատիկ հաղորդաբանություն

Ածուխի մանրաթելի մասին ամենացուցադրական բանը նրա ջերմահաղորդականությունն է սովորական մեկուսիչ նյութերի հետ համեմատած: Շատ մեկուսիչներ աշխատում են ջերմությունը փոխանցելու ճանապարհը փակելով, սակայն ածուխի մանրաթելը իրականում ջերմությունը արդյունավետ տեղափոխում է: Դա այն դարձնում է հիանալի ջերմաստիճանի կառավարման համար այն դեպքերում, երբ բաները շատ տաքանում են: Նյութը չի քայքայվում նույնիսկ երկար ժամանակ ինտենսիվ ջերմության ենթարկվելու դեպքում, ինչը բացատրում է, թե ինչու է այնքան շատ հույս դրված այն աստղագնացային և արդյունաբերական կիրառումներում, որտեղ ջերմաստիճանի վերահսկումը կարևոր է: Մեկ այլ հետաքրքիր հատկություն է նրա էլեկտրահաղորդականությունը: Սա ոչ միայն տեսական բան է: Էլեկտրոնային ընկերությունները արդեն ածուխի մանրաթելը օգտագործում են այն մասերը ստեղծելու համար, որոնք պետք է հոսանք փոխանցեն առանց արդյունավետությունը կորցնելու: Որոշ իրական աշխարհի փորձարկումներ ցույց են տվել, որ ածուխի մանրաթելը շղթայական տախտակների և միացումների մեջ ներառելը բարելավում է իմպուլսների ամբողջականությունը՝ նվազեցնելով էներգիայի կորուստը ամբողջ տախտակի վրա:

Քիմիական դիմադրություն և կայունություն

Ածխածնի մանրաթելը առանձնանում է, քանի որ դիմակայում է բոլոր տեսակի արդյունաբերական քիմիկատների և լուծիչների, ինչը մեծապես մեկուսացնում է նրա տևականությունը: Երբ նյութերը դիմակայում են այդ քիմիկատներին, նրանք սովորաբար ավելի երկար են տևում և ժամանակի ընթացքում փոխհատուցում են գումարը, հատկապես այն դժվարին միջավայրերում, որտեղ սարքավորումները մաշվում են այլ նյութերի վրա ազդող նյութերի ազդեցությամբ: Շինարարական հրապարակները և գործարանները այս հատկությունը շատ օգտակար են համարում, քանի որ նրանց սարքավորումները ամենօրյա կերպով դիմակայում են բավականի խիստ պայմանների: Գիտական հետազոտություններ ցույց են տվել, որ ածխածնի մանրաթելը պահպանում է իր ձևն ու ուժը, նույնիսկ երբ այն դրվում է մի շարք լուրջ կոռոզիոն իրավիճակների մեջ: Այս քիմիական դիմադրությանը միացնելով այն փաստը, որ այն ամուր է և դիմակայում է ջերմությանը, հասկանում ենք, թե ինչու է շատ տարբեր արդյունաբերություններ շարունակում դիմել ածխածնի մանրաթելի փեշին այն նախագծերի համար, որոնց անհրաժեշտ է նյութեր, որոնք պետք է դիմանան տարիներ շարունակ: