Išsklaidome 4 dažnai pasitaikančias neteisingas nuomones apie anglies pluoštą! Laidus, apsauginis, atsparus vandeniui, atsparus korozijai

Išsklaidome 4 dažnai pasitaikančius mitus apie anglies pluoštą! Ar jis laidus? Apsaugoja? Atsparus vandeniui? Atsparus korozijai?

Nuo lengvų automobilių dalių ir aukštos kokybės sporto įrangos iki esminių konstrukcinių dalių aviacijoje ir kosmoso pramonėje – anglies pluoštas jau seniai traukia visuomenės dėmesį dėl savo savybių „lengvas kaip plunksna, stiprus kaip plienas“. Tačiau populiarėjant šiai medžiagai, kyla vis daugiau klausimų apie jos savybes: Vieni teigia, kad „anglis pluoštas yra elektros laidus, todėl iš jo pagamintos telefonų dangtelės slopina signalą“, kiti nerimauja, kad „anglies pluoštas bijo vandens ir lietuje gali sulūžti“, o trečiosios domisi, ar jis atsparesnis korozijai nei metalas?

Šie atrodytų paprasti klausimai atskleidžia anglies pluošto medžiagos savybių pagrindinę logiką – tai nei „visuotinė medžiaga“, nei apkrauta daugybe „tabu“, apie kuriuos sklinda gandai. Šiandien paprastai kalba išsamesime keturis svarbiausius klausimus, paaiškinsime principus ir pateiksime atsakymus, grindžiamus realiomis taikomosiomis praktikomis, kad galėtumėte tikrai suprasti anglies pluoštą!

K1: Ar girdėjote, kad anglies pluoštas yra laidus?

A1: Taip, jis laidus palei pluošto ašį, bet ne kaip metalas!

Daugelis žmonių klaidingai mano, kad anglies pluoštas yra „izoliuojanti medžiaga“, tačiau švarus anglies pluoštas patys savaime turi puikias elektrines laidumo savybes – tai kyla iš jo molekulinės struktūros: anglies pluoštas sudaro grafito panašią struktūrą, kurioje anglies atomai išdėstyti šešiakampio žiedo tinkle. Laisvi elektronai gali laisvai judėti per susijusias π jungtis, tarsi turėtų „greitkelį“ elektronams, todėl užtikrinamas laidumas.

Tačiau jo laidumas žymiai skiriasi nuo tokių metalų kaip varis ar aliuminis:

(1) Kryptinis laidumas: Anglies pluoštas pasižymi didesniu laidumu išilginėje kryptimi (išilgai ašies) ir silpnesniu skersiniame (skersmens) kryptyje, tuo tarpu metalai laiduoja elektros srovę izotropiškai;
(2) Šiek tiek žemesnis laidumo efektyvumas: Anglies pluošto specifinė varža svyruoja nuo 10⁻³ iki 10⁻⁴ Ω·m (priklausomai nuo specifikacijos), kur kas viršijant varį (1,72×10⁻⁸ Ω·m), todėl jis netinka kaip tiesioginė metalinio laido pakaitalas;
(3) Kompozitinės medžiagos gali būti izoliuojančios: Dauguma „anglies pluošto pREKĖS “, su kuriuo susiduriame kasdien (pvz., anglies pluošto tinkeliniai raketės, automobilių dalys), iš tikrųjų yra „anglies pluoštu stiprintos kompozitinės medžiagos“ (APSM). Jei matrica yra izoliuojanti medžiaga, tokia kaip epoksidinė derva, ir anglies pluoštai nesusidaro nuolatinio laidumo tinklo, visa kompozitinė medžiaga gali būti izoliuojanti ar puslaidininkinė.
Praktinės taikymo sritys: pasinaudodamas laidumu, anglies pluoštas gali būti naudojamas antistatiniam grindų dangoms ir elektromagnetiniam skydimui skirtiems medžiagoms gaminti. Kontroliuojant pluošto kiekį, taip pat galima gaminti izoliuojančius anglies pluošto kompozitus, kad būtų patenkintos įvairios pROGRAMA reikalavimus.

K2: Ar jis gali slopinti signalus kaip metalas?

A2: Taip, tačiau tam reikia sudaryti nuolatinį laidų tinklą.

Elektromagnetinio skydimo pagrindinė taisyklė yra „sukurti uždarą ertmę iš laidžių medžiagų, kad atspindėtų, sugertų ar nukreiptų elektromagnetines bangas į žemę“. Metalas tarnauja puikiu skydinčiuoju medžiagu, nes yra nuolatinis laidininkas, gebantis visapusiškai blokuoti elektromagnetines bangas.

Tai, ar anglies pluoštas gali slopinti signalus, priklauso nuo to, ar susidaro nuolatinis laidus maršrutas:
(1) Grynasis anglies pluoštas / aukšto kiekio nuolatinis anglies pluošto gaminiai :Pasiekti tam tikrą ekranavimo efektyvumą! Pavyzdžiui, gryno anglies pluošto audinių arba anglies pluošto preliminarių komponentai sukuria tolydžią laidžiąją tinklą per pluoštų persipynimą, atspindėdami tam tikras elektromagnetines bangas. Ekranavimo efektyvumas (SE) paprastai kinta nuo 30 iki 60 dB (pakankamai bendrosioms pramoninėms ir civilinėms aplikacijoms), nors šiek tiek žemesnis nei metalų (60–100 dB+).
(2) Mažo kiekio / Atskiri anglies pluošto kompozitai: Jei anglies pluoštai tiesiog „išbarstyti“ izoliuojančioje matricoje, nesudarydami tolydžios tinklos, jie veikia tarsi „pertrūnusios vielos“ ir beveik neekranuoja;
(3) Pagerinimo sprendimai: Taikant metalinį denginį ant kompozito paviršiaus arba įterpiant laidžius pripildymo elementus (pvz., anglies nanovamzdelius), galima ženkliai padidinti anglies pluošto produktų ekranavimo savybes, net artėjant prie metalų lygio.
Pavyzdžiui: iš aukšto turinio nuolatinės siūlų anglies pluošto audinio pagaminta anglių pluošto telefonų dėklė gali šiek tiek silpninti signalus (nepaveikdama normalios naudojimo); tuo tarpu standartinė anglies pluoštu stiprinto plastiko (CFRP) dėklė dėl išsklaidytų pluoštų beveik neturi jokio poveikio signalo priėmimui.

K3: Ar anglies pluošto medžiaga „bijojasi vandens“?

A3: Grynasis anglies pluoštas nėra problema; kompozitinės medžiagos priklauso nuo matricos ir apsaugos.

Pirmiausia paaiškinkime: pats grynasis anglies pluoštas nesibijo vandens! Anglies pluoštas turi stabilią cheminę struktūrą, kuri nereaguoja su vandeniu. Vandenyje jis neoxiluoja ir nesiskaido, o netgi po vandeniu veikiančiose aplinkose (pvz., giliavandenėse įrangose ar panirusiuose robotuose) grynasis anglies pluoštas tarnauja kaip puiki konstrukcinė medžiaga.

Tačiau kasdien naudojami „anglies pluošto gaminiai“ (kompozitinės medžiagos) gali „bijoti vandens“.

Pagrindinė problema slypi matricos medžiagoje ir sąsajos sukibime:
(1) Jei kompozitinė matrica yra epoksidinė derva, poliesterinė derva ir pan., ilgalaikis panardinimas leidžia vandeniui palaipsniui prasiskverbti į dervos vidų arba pluošto-dervos sąsają, dėl ko atsiranda:
1) Dervos paburkimas ir senėjimas, mažinantis medžiagos stiprumą;
2) Pluošto-dervos atsiskilimas (sąsajos gedimas), sukeliantis „atskilimą“;
(2) Ypatingai apdoroti kompozitai yra „atsparūs vandeniui“: apsaugojus dervą nuo vandens, produktų paviršiui padengus vandens atstumiančiomis dangomis (pvz., poliuretano, fluoranglies danga) arba naudojant matricas su geresne vandens atsparumo savybe (pvz., polieterioeterketoną PEEK), anglies pluošto kompozitai gali išlaikyti stabilumą drėgnose aplinkose ar net esant ilgalaikiam panardinimui.

Naudojimo rekomendacijos: - Vengti ilgalaikio lietaus poveikio ar panardinimo standartiniams anglies pluošto produktams (pvz., kuprinėms, sporto raketicoms). - Aplinkoje lauke ar po vandeniu (pvz., irklams, naršymo įrangai) naudoti specialius vandeniui atsparios klasės produktus.

K4: Koks yra korozijos atsparumas?

A4: „Atsparus cheminiam korozijai“, bet „jautrus aukštos temperatūros oksidacijai“!

Anglies pluoštas pasižymi išskirtine visuminės korozijos atsparumo savybe, kurios pagrindinis pranašumas kyla iš anglies atomų stabilios struktūros:
(1) Rūgščių ir šarmų atsparumas: Kambario temperatūroje angliaviklis atlaiko įprastų rūgščių ir šarmų tirpalų, tokių kaip druskos rūgštis, sieros rūgštis ir natrio hidroksidas, poveikį. Skirtingai nei metalai, jis nekelia elektrocheminės korozijos, todėl plačiai naudojamas cheminiame įrangoje (pvz., vamzdynuose, skirtuose korozinių medžiagų transportavimui, reaktorių apvalkale).
(2) Organinių tirpiklių atsparumas: Anglies pluoštas yra nesvarus daugelyje organinių tirpiklių, tokių kaip alkoholis, acetonas ir benzinai, ilgalaikis kontaktas su jais nekelia jo skilimo;
(3) Trūkumas: Jautrumas aukštos temperatūros oksidacijai: Tai yra vienintelis anglies pluošto „korozijos trūkumas“ – ore, temperatūros, viršijančios 400 °C, sukelia anglies pluošto reakciją su deguonimi (C + O₂ = CO₂), dėl ko palaipsniui vyksta oksidacija, mažėja masė ir sumažėja stiprumas. Tačiau inertinėse dujose (pvz., azote) ar vakuumo sąlygose jis lieka stabilus net esant labai aukštoms temperatūroms (virš 1000 °C).

Papildomas pastebėjimas: Paties anglies pluošto neveikia aukštos temperatūros oksidacija, nes jo pagrindinis komponentas yra anglis, todėl jis gali išlaikyti temperatūras, viršijančias 1800 °C, be deguonies aplinkose. Tačiau anglies pluošto kompozitai yra pažeidžiami aukštos temperatūros oksidacijai, nes naudojama dervos matrica oksiduojasi ir susidėvi deguonį turinčiose aplinkose, kai temperatūra viršija 400 °C, dėl to pažeidžiama viso medžiagos našumas. Deguonį turinčiose aplinkose paties anglies pluošto temperatūros atsparumas yra 300 °C–400 °C.

Anglies pluošto kompozitų atsparumas korozijai panašiai priklauso nuo matricos. Jei matricos dervos neturi korozijos atsparumo (pvz., standartinė poliesterinė derva), ilgalaikis veikimas agresyvia aplinka sukelia dervos gedimą, dėl ko pažeidžiamas bendras našumas. Todėl anglies pluošto kompozituose, naudojamuose cheminėje pramonėje, būtina naudoti korozijai atsparias dervų matricas (pvz., vinilo esterių dervas, modifikuotas epoksidines dervas).

Anglies pluošto medžiagos savybių esmė glūdi principo „struktūra lemia našumą“ pagrindu. Šių charakteristikų supratimas yra svarbus efektyvaus pranašumų panaudojimo raktas – nei perdėtai reklamuojant jos „visuotinį taikomumą“, nei klaidingai interpretuojant jos „apribojimus“. Jei norite ištirti konkrečias taikymo sritis (pvz., anglies pluoštą elektronikoje ar lauko įrangai), žemiau palikite komentarą!