Kas yra anglies pluoštas? Kodėl šis „medžiagų žvaigždė“ toks geras?

Kalbant apie anglies pluoštą, galite būti jį girdėję naujienose – r naujienos - raketų strėlės, greitaeigių geležinkelių korpusai, bepilotės skrydžio priemonės, lenktyninių automobilių kėbulai ir net aukštos kokybės badmintono raketas – visi šie daiktai ją naudoja. Ši iš pirmo žvilgsnio paslaptinga „juodoji technologija“, kurios pagrindą sudaro medžiaga, iš tiesų yra? Šiandien paprasčiausiais žodžiais paaiškinsime, kas yra „medžiagų pasaulio žvaigždė“.

Anglies pluoštas, iš esmės „super anglies siūlai“

Paprasčiau tariant, anglies pluoštas yra neorganinis polimerinis pluoštas, turintis apie 90 % arba daugiau anglies. Jis nėra nei metalas, nei plastikas, bet yra „anglies kristalas“ – juodas siūlas, susidarantis specialiu būdu organinius pluoštus (pvz., poliakrilonitrilą ar bitumą) aukštoje temperatūroje karbonizuojant, kad pašalintų teršalus.

Išvaizda: tik 5–10 mikronų skersmens (maždaug 1/10 plauko skersmens), plika akimi atrodo kaip juoda virvelė ar vilna, tačiau čiupine jis yra „kietesnis“ už vielą.

Charakteristikos: „Lengvas, stiprus, atsparus, stabilus“.

(1) Stiprumas 7–9 kartus didesnis nei plieno, atsparumas trenksmams žymiai pranašesnis už stiklo pluoštą;
(2) Tankis tik 1,7 g/cm³, lengvesnis už aliuminį (aliuminio tankis 2,7 g/cm³)
(3) Aukštos temperatūros atsparumas (neišsilydo aukščiau 2000 ℃), korozijos atsparumas (nepaiso rūgščių ir šarmų), nepraleidžia elektros srovės (specialiai apdorotas gali būti laidus).

Našumas „įjungus ir išjungus“: nepadoriai lengvas ir netikėtai kietas

Anglies pluošto pranašumai visi „palaikomi“ trijų pagrindinių privalumų:

（1）Lengvas kaip plunksna, bet stipresnis už plieną:

Tankis tik 1,7–2,0 g/cm³ (1/4 plieno, 2/3 aliuminio lydinio), tačiau tempiamoji jėga gali pasiekti 3000–7000 MPa (daugiau nei 10 kartų daugiau nei plieno), o piršto storio angliakompozitinė virvė gali pakelti kelias tonas sveriantį automobilį.

（2) Standumo sprogimas, stabilus kaip uola:

Elastiškumo modulis (standumo matas) pasiekia 200–600 GPa, veikiamas jėgos beveik nedeformuojasi, naudojant jį kaip palydovo atramą, gali išlaikyti tikslią padėtį kosmose.

（3) „Atsparumo statyboms“ savybės visiškai įjungtos:

Aukšto temperatūros atsparumas (inertiškoje aplinkoje iki 2000 ℃), rūgščių ir šarmų atsparumas (jūroje dešimtmečius nesikoro-duoja), anti-įvargis (pakartotinis poveikis nepažeidžia), prieš jį net metalai turi „pasiduoti“.

Kodėl anglies pluoštas yra „valstybinė strateginė medžiaga“?

Anglies pluošto gamyba yra labai sudėtinga, o aukštos kokybės anglies pluoštą masiškai gaminti gali tik kelios pasaulio šalys (daugiausia Kinija, Japonija ir Jungtinės Valstijos). Tai ne tik aukštosios pramonės „pamatas“, bet taip pat svarbu sritims, kaip kosmoso technologijos ir krašto apsauga.

Pavyzdžiui, kariniame sektoriuje anglies pluoštas naudojamas slaptiems lėktuvams gaminti (bangas sugeriantis korpusas), raketų korpusams (palengvinimas, padidinant nuotolį); naujos energijos srityje kuo ilgesnis vėjo jėgainės sparnas, tuo efektyvesnė elektros energijos gamyba, o tik anglies pluoštas gali išlaikyti 100 metrų ilgio milžiniškus sparnus.
Pastaruosius metus Kinijos anglies pluošto pramonė pasiekė greitus proveržius, pereidama nuo priklausomybės nuo importo prie nepriklausomos masinės gamybos ir netgi kai kuriose srityse (pvz., vėjo energetikoje, sporto reikmenėse) užėmė dominuojančią poziciją pasaulinėje rinkoje.

Kaip gaminamas anglies pluoštas?

Anglies pluošto pranašumai visi „palaikomi“ trijų pagrindinių privalumų:

（1）Pirminio siūlo paruošimas

Poliakrilonitrilas (PAN), smala ir kitos žaliavos per siuvimo procesą virsta „žaliava“ (panašiai kaip cheminio pluošto siūlas). Šis etapas yra pagrindas, o žaliavos kokybė tiesiogiai lemia anglies pluošto savybes (ilgą laiką štai čia Kinija buvo „užstringanti“).

（2）Karbonizacija

Žaliava palaipsniui kaitinama iki 1 000–3 000 laipsnių C azoto aplinkoje (kad būtų išvengta degimo), kad būtų pašalinti tokie elementai kaip vandenilis ir deguonis, paliekant tik anglies molekules. Šio etapo pabaigoje anglies kiekis pluošte padidėja nuo 50 % iki daugiau nei 90 %, dėl ko stiprumas ir kietumas smarkiai didėja.

（3）Tolimesnis apdorojimas

Priklausomai nuo pROGRAMA , anglies pluoštas yra audžiamas į audinį, suvyniojamas į vamzdelius arba derinamas su dervomis, metalais ir pan., kad būtų pagaminti „anglies pluošto kompozitai“ (pvz., tai, ką dažnai vadiname „anglies pluošto plokštėmis“ ir „anglies pluošto vamzdeliais“).

【Anglies pluošto šaltasis žinojimas】

K: Kodėl jis juodas?
A: Grafito struktūros sugeria beveik visą matomą šviesą.

K: Bijoma ugnies?
A: Oro terpėje oksidacija prasideda esant 400 °C, tačiau kapsulė naudoja jį kaip šilumos skydą.

K: Ar jis gali būti perdirbamas?
A: BMW padarė įmanomu perdirbti automobilių dalis iš atliekamo anglies pluošto.