Көміртегі талшық деген не? Бұл «материалдың жұлдызы» неге қарай осылайша жақсы?

Көміртегі талшық туралы айтқанда, сіз оны жаңалықтардан жалаң - ракета жебелері, жоғары жылдамдықты теміржол вагондары, дрондар, жарыс көліктерінің қаңқалары және тіпті жоғары сапалы бадминтон қоңыраулары оның үлесіне ие. Бұл материалдар әлеміндегі «қара технология» деп аталатын нәрсе шынымен не? Бүгін сізді «материалдар әлемінің жұлдызымен» таныстыру үшін ең түсінікті сөздер арқылы өтеміз.

Көміртегі талшық – негізінде «супер көміртегі сымдар»

Қысқаша айтқанда, көміртегі талшық – бұл көміртегінің 90% немесе одан да көбін құрайтын, органикалық талшықтарды (мысалы, полиакрилонитрил мен мазут) жоғары температурада көміртеуге ұшыратып, қоспалардан тазарту арқылы алынатын, пайда болған «көміртегі кристалы» – қара түсті талшық. Ол ни метал, ни пластик емес.

Көрініс: диаметрі 5-10 микрон (шамамен шаш жіптің оннан бірі), көзге қарағанда қара мақта жіпке немесе жүнге ұқсайды, бірақ темір сымнан гөрі көбірек «қатты» сезіледі.

Өзгерістер: "Жеңіл, берік, төзімді, тұрақты".

(1) Беріктігі болаттан 7-9 есе асады, серпімділігі шыны талшықтан анағұрлым жоғары;
(2) Тек 1,7 г/см³ тығыздық, алюминийден жеңіл (алюминийдің тығыздығы 2,7 г/см³)
(3) Жоғары температураға төзімділік (2000 ℃ жоғарыда балқымайды), коррозияға төзімділік (қышқылдар мен сілтілерден қорқпайды), ток өткізбейтін (ерекше өңдеуден кейін ток өткізуі мүмкін).

Өнімділігі: аса жеңіл және таң қалдыратындай қатты

Көміртегі талшықтарының ұлылығы үш негізгі артықшылықпен «қамтамасыз етілген»:

（1） Қауырсын секілді жеңіл, бірақ болаттан берік:

Тығыздығы тек 1,7-2,0 г/см³ (болаттың төрттен бірі, мырыш қорытпасының үштен екісі), бірақ созылу беріктігі 3000-7000 МПа-ға жетеді (болаттан он еседен де асады), саусақ қалыңдығындағы көміртегі талшық бауы бірнеше тонналық көлікті көтере алады.

（2） Қаттылықта 'жарылыс', тас сияқты тұрақты:

Серпімділік модулі (қаттылықтың өлшемі) 200-600 ГПа-ға жетеді, күш әсер еткен кезде деформацияның пайда болуы жоқ, оны серіктестің тірегі ретінде қолданғанда кеңістікте дәл ұстауы мүмкін.

（3） «Құрылысқа қарсы» қасиеттер толығымен іске қосылды:

Жоғары температураға төзімділік (инертті ортада 2000 ℃ дейін), қышқыл мен сілтіге төзімділік (онда ондаған жылдар бойы коррозия болмаған мұхит), шаршауға қарсы (қайталамалы күшпен сынбайды), оның алдында металдар «жеңіледі».

Неліктен көміртегі талшық «ұлттық стратегиялық материал» деп саналады?

Көміртегі талшықты өндіру өте қиын, жоғары сапалы көміртегі талшықты тек әлемнің бірнеше елі ғана үлкен көлемде шығара алады (негізінен Қытай, Жапония және Америка Құрама Штаттары). Бұл тек жоғары сапалы өндірістің «негізі» ғана емес, сонымен қатар ғарыш-ауа кеңістігі мен қорғаныс қауіпсіздігі сияқты негізгі салаларға да қатысты.

Мысалы, әскери істе көміртегі талшық жасырын ұшқыштың фюзеляжын (толқынды жұтатын), зымыранның денесін (салмағы жеңіл болғандықтан қозғалыс қашықтығы артады) жасау үшін пайдаланылады; жаңартылатын энергетика саласында жел қозғалтқышының қанаты неғұрлым ұзын болса, электр энергиясын өндіру солғұрлым тиімді болады және тек 100 метрлік гигант қанатты қанағаттандыра алатын материал – көміртегі талшық.
Соңғы жылдары Қытайдың көміртек талшық өнеркәсібі импортқа тәуелділіктен тәуелсіз массалық өндіруге жету арқылы тез дамыды және кейбір салаларда (мысалы, жел энергиясы, спорт заттары) глобалды нарықта басым орын алады.

Көміртек талшық қалай "жасалады"?

Көміртегі талшықтарының ұлылығы үш негізгі артықшылықпен «қамтамасыз етілген»:

（1）Негізгі талшықты дайындау

Полиакрилонитрил (PAN), шайыр және басқа шикізаттар спиннинг процесі арқылы "шикі жіп" (химиялық талшыққа ұқсас) жасалады. Бұл кезең негіз болып табылады және шикі жіптің сапасы көміртек талшықтың өнімділігін тікелей анықтайды (Қытай осы кезеңде ұзақ уақыт бойы "тоқып қалған еді).

（2）Карбондау

Шикі жіп жанбау үшін инертті газ ортасында 1000-3000 градус Цельсийге дейін біртіндеп қыздырылады, сутегі мен оттегі сияқты элементтер алынып тасталады да, тек көміртек молекулалары ғана қалады. Осы кезеңнен кейін талшықтағы көміртектің мөлшері 50%-дан 90% астам деңгейге көтеріледі, бұл оның беріктігін және қаттылығын резден арттырады.

（3）Әрі қарай өңдеу

Бағамен байланысты қолдану , көміртегі талшықтар матаға тоқылады, түтікшелерге оралады немесе шайырлармен, металдармен және т.б. бірге қосылып «көміртегі талшықты композиттер» жасалады (мысалы, жиі «көміртегі талшықты тақталар» мен «көміртегі талшықты түтіктер» деп аталатын заттар).

【Көміртегі талшық туралы қызықты деректер】

С: Неге қараңғы түсті?
Ж: Графит құрылымы көзге көрінетін сәулелердің түгелдей жуығын жұтады.

С: Жануға қорқамаң ба?
Ж: Ауада 400°C температурада тотығу басталады, бірақ капсула оны жылулық экран ретінде пайдаланады.

С: Оны қайта іске қосу мүмкін бе?
Ж: BMW көміртегі талшықтан жасалған машина бөлшектерін ескі заттардан қайта өңдеуге мүмкіндік жасады.