Нүүрстөрөгчийн шилжингийн талаарх 4 тархварын мэдээллийг цуцлах! Дамжуулагч юу? Хамгаалалттай юу? Усанд тэсвэртэй юу? Их хэт мэдрэг юу?
Хөнгөн жинтэй автомашин хэсгээс эхлээд өндөр түвшний спортын тоног төхөөрөмж, ойн онгоцны чухал бүтэц хэсэг хүртэл нүүрстөрөгчийн шилжин удаан хугацаагаас хойш "номхон сүрэг, ган шиг хүчтэй" шинж чанараараа ертөнцийн анхаарлыг татаж байсан. Гэсэн хэдий ч түүний алдар нэмэгдэх тутам түүний шинж чанарын талаар асуултууд нэмэгдэж байна: Зарим хүмүүс "нүүрстөрөгчийн шилжин цахилгаан дамжуулдаг тул түүнээс хийсэн гар утасны хальс дохиог саатуулдаг" гэж өгүүлдэг бол зарим нь "нүүрстөрөгчийн шилжин усанд мууддаг, борооны усанд хугарч болно" гэж айдаг. Харин зарим нь "эсвэл металлаас илүү их хэт мэдрэг үү?" гэж гайхдаг.
Эдгээр, энгийн мэт сонсогдох асуултууд нь карбон ширмийн материал шинж чанарын үндсэн логикийг илчилж байна — энэ бол «унитар материал» биш, мөн дуулдаг шиг олон «табу»-тай ч биш юм. Өнөөдөр бид хамгийн чухал дөрвөн асуултад энгийн хэлээр хариулж, зарчмыг тайлбарлаад, практик ашиглалтанд суурилсан хариултуудыг өгөхийг зорьж байна. Ингэснээр та карбон ширмийг бодитоор ойлгох болно!
А1: Карбон ширм цахилгаан дамжуулдаг гэж сонссон уу?
Хариулт: Тийм, шигшээний тэнхлэгийн дагуу цахилгаан дамжуулдаг, гэхдээ метал шиг биш!
Ихэнх хүмүүс карбон ширмийг «цахилгаан тусгаарлагч материал» гэж буруутай ойлгодог. Гэвч цэвэр карбон ширм өөрөө маш сайн цахилгаан дамжуулах чанартай байдаг — энэ нь түүний молекул бүтцээс үүдэлтэй: карбон ширм нь графит шиг бүтцийг үүсгэх бөгөөд угдааны атомнууд зурган торны хэлбэрээр байрладаг. Хосолсон π холбоон доторх чөлөөт электронууд «цахилгаанын автотоо» шиг чөлөөтэй хөдөлж чаддаг тул цахилгаан дамжуулалт боломжтой болдог.
Гэхдээ уг нь зэс эсвэл хөнгөн цагаан шиг металлтай харьцуулахад дамжуулалт нь ихээхэн ялгаатай байдаг:
(1) Чиглэлтэй дамжуулалт: Нүүрстөрөгчийн ширхэг түүний тэнхлэгийн чиглэлд (урт чиглэл) илүү хүчтэй, харин хөндлөн чиглэлд (диаметрийн чиглэл) сул дамжуулдаг бол металл нь цахилгааныг изотропоор дамжуулдаг;
(2) Нилээд доогуур дамжуулалтын үр дүнтэй: Нүүрстөрөгчийн ширхэгийн эсэргүүцэл нь 10⁻³-с 10⁻⁴ Ω·м хүртэл хэлбэлзэх бөгөөд (тодорхой заавраас хамаарч) зэснээс (1.72×10⁻⁸ Ω·м) хамаагүй их байдаг тул шууд металлын утасны оронд ашиглахад тохиромжгүй байдаг;
(3) Нийлмэл материалын цахилгаан дамжуулах чанар байдаггүй байх: Бид өдөр тутамд таардаг "нүүрстөрөгчийн ширхэг бҮТЭЭГДЭХҮҮН " (жишээ нь: нүүрстөрөгчийн ширхэгийн теннисийн ракет, автомашиний деталиуд) нь ихэвчлэн "нүүрстөрөгчийн ширхэгээр бэхэлсэн нийлмэл материал" (CFRP) юм. Хэрэв матриц нь эпоксид смол шиг цахилгаан дамжуулахгүй материал бөгөөд нүүрстөрөгчийн ширхэгүүд тасралтгүй дамжуулах сүлжээг бүрдүүлээгүй бол нийлмэл материал нь нийтдээ цахилгаан дамжуулахгүй эсвэл хагас дамжуулагч шиг шинж чанартай байж болно.
Хэрэглээ: Нягтлан холбогч чанарыг ашиглан нүхэндээ цахилгаан буулгагч шал, цахилгаан соронзон хаалттай материал үйлдвэрлэхэд нүүрстөрөгчийн ширхэгийг ашиглаж болно. Ширхэгийн агуулгыг удирдах замаар тусгаарлагч нүүрстөрөгчийн ширхэгийн найрмал материалыг мөн үйлдвэрлэж, олон талт шаардлагад нийцүүлж болно хэрэглээ шаардлага.
Q2: Эсвэл метал шиг дохиог хаашив?
A2: Тийм, гэхдээ тасралтгүй дамжуулах сүлжээ үүсэх шаардлагатай.
Цахилгаан соронзон хаалтын үндсэн зарчим бол "дамжуулагч материалаар битүү цоорхой үүсгэж, цахилгаан соронзон долгионыг отражилуулах, шингээх эсвэл газардуулах замаар чиглүүлэх" юм. Металл нь тасралтгүй дамжуулагч учраас цахилгаан соронзон долгионыг бүрэн блоклох чадвартай тул маш сайн хаагч материал юм.
Нүүрстөрөгчийн ширхэг дохиог хаах эсэх нь тасралтгүй дамжуулах зам үүссэн эсэхээс хамаарна:
(1) Цэвэр нүүрстөрөгч / өндөр агуулгатай тасралтгүй нүүрстөрөгчийн ширхэглэг бүтээгдэхүүн :Тодорхой цацрагийн хамгаалалтын үр дүнтэй байна! Жишээ нь, цэвэр нүүрстөрөгчийн ширмээр эсвэл нүүрстөрөгчийн ширмэн предпрегээр хийсэн деталь нь ширмийн ширхэгүүдийн хоорондын холболтоор тасралтгүй дамжуулах сүлжээг бий болгох бөгөөд цахилгаан соронзон долгионы тодорхой хэсгийг ойлгоно. Хамгаалалтын үр дүн (SE) ихэвчлэн 30-60 дБ байдаг (ерөнхий аж үйлдвэр, иргэний хэрэглээнд хангалттай) гэхдээ металлтай харьцуулахад (60-100 дБ+) бага байдаг.
(2) Бага агууламжит / Тасралттай нүүрстөрөгчийн ширмэн материалын найрлага: Хэрэв нүүрстөрөгчийн ширмүүд изоляци буюу тусгаарлагч матриц дотор тасралтгүй сүлжээ үүсгэхгүйгээр зөвхөн "тархаж" байвал тэд "таамаг завсарлагатай утас" шиг ажиллах бөгөөд бараг ямар ч хамгаалалт үзүүлэхгүй.
(3) Шийдэл дээшлүүлэх: Найрлагын гадаргууд металлын давхарга хийх эсвэл дамжуулах чадвартай долнот материал (жишээ нь, нүүрстөрөгчийн нано хоолой) нэмж оруулах нь нүүрстөрөгчийн ширмэн бүтээгдэхүүний цацрагийн хамгаалалтын чадварыг хүчтэй сайжруулж, металлтай ойролцоо түвшинд хүрэх боломжийг олгоно.
Жишээ нь: Өндөр агууламжтай тасралтгүй карбон утасны хальс ашиглан үйлдвэрлэсэн утасны хальс дохиог бага зэрэг суларгаж болох юм (гэхдээ хэвийн ашиглахад нөлөөлөхгүй); харин стандарт карбон шилжүүлэгч эдлэл (CFRP) хальс нь утасны жижиг хэсгүүд задарсан тул дохины хүлээн авалтад бараг нөлөөлдөггүй.
А3: Карбон утасны материал "уснаас айх" вэ?
Х3: Цэвэр карбон утасанд ус ихэд нөлөөлөхгүй; харин найрлагат материал нь матрикс болон хамгаалалтаас хамаарна.
Эхлээд тодруулах нь: Цэвэр карбон утас уснаас биш юм! Карбон утас тогтвортой химийн бүтэцтэй тул устай урвалд ордоггүй. Усанд дүрвэл цэвэр карбон утас илүү сайн бүтцийн материал болдог бөгөөд чихрийн хурд, усанд дүрвэл (жишээ нь далайн гүнд ажиллах тоног төхөөрөмж эсвэл усанд дүрвэл ажиллах робот) ашигладаг.
Гэсэн хэдий ч бидний ихэвчлэн таардаг "карбон утасны бүтээгдэхүүн" (найрлагат материал) нь уснаас айж болзошгүй.
Үндсэн асуудал нь матрикс материаль болон заагийн холболтонд оршино:
(1) Нийлмэл матриц нь эпоксид смол, полиэстер смол гэх мэт бол удаан хугацаагаар усанд дүрвэл ус нь аажмаар смолын дотор тал эсвэл шилэн ширм-смолын заагт нэвтрэх боломжтой бөгөөд дараах зүйлд хүргэнэ:
1) Смол хавагнах, хуучирч, материалын хүчийг бууруулах;
2) Шилэн ширм ба смолын хооронд хоёрдож (заагийн гэмтэл), "давхарга болон салалт" үүсгэх;
(2) Тусгайлан эмчилгээтэй нийлмэл материалыг "усныг нэвтрүүлдэггүй" гэж үздэг: Смолыг усныг нэвтрүүлдэггүй болгох, бүтээгдэхүүний гадаргуу дээр усыг сөрөг цохих бүрхэвч (жишээ нь, полиуретан, фторкарбон бүрхэвч) хэрэглэх эсвэл усныг илүү сайн эсэргүүцдэг матрицыг (жишээ нь, полиэфирэфиркетон PEEK) ашигласнаар нүүрстөрөгчийн ширмт нийлмэл материалыг чийглэг орчинд эсвэл удаан хугацаагаар усанд дүрвэл ч тогтвортой байдалд хадгалж чадна.
Ашиглах зөвлөмж: - Ердийн нүүрстөрөгчийн ширмт бүтээгдэхүүнүүдийг (жишээ нь, ачааны хүзүү, спортын ракет) удаан хугацаагаар бороо, усанд өртөхөөс зайлсхийх. - Гадаа эсвэл усан доор ашиглах зориулалттай (жишээ нь, хөлөгийн самба, усанд амьсгалах төхөөрөмж) бүтээгдэхүүнийг сонгоход онцгой усныг нэвтрүүлдэггүй ангиллын бүтээгдэхүүнийг сонгоно уу.
А4：Энэ нь хэр их ислэхээс хамгаалагдах чадвартай вэ?
A4: "Химийн идэвхитэй орчинд тэсвэртэй", гэхдээ "өндөр температурт исэлдэх эрсдэлтэй"!
Нүүрстөрөгчийн шилэн материал нь ерөнхийдөө онцгой зэврэлтээс хамгаалах чадалтай бөгөөд түүний гол давуу тал нь нүүрстөрөгчийн атомын тогтвортой бүтцэд үндэслэгддэг:
(1) Хүчил, шүлтэнд тэсвэртэй байдал: Өрөөний температурт нүүрстөрөгчийн шилэн материал нь хлорын хүчил, хүхрийн хүчил, натрийн шүлт зэрэг ердийн хүчил, шүлтийн уусмалаас зохицуулан элэгдэхгүй. Металлуудаас ялгаатай нь цахилгаан химийн зэврэлт үүсгэдэггүй тул химийн тоног төхөөрөмжид (жишээ нь, идэвхитэй орчин дамжуулах хоолой, урвалын савны дотор хана) өргөн ашигладаг.
(2) Органик уусгагчийн зэврэлтэнд тэсвэртэй байдал: Нүүрстөрөгчийн шилэн материал нь спирт, ацетон, бензин зэрэг ихэнх органик уусгагчид уусдаггүй бөгөөд удаан хугацаагаар өртсөн ч чанар нь алдагдахгүй;
(3) Сул тал: Өндөр температурт исэлдэх магадлал өндөр: Энэ нь карбон ширмийн цорын хамаагүй "коррозийн мэдрэг байдал" юм. Агаарт 400°C-с дээш халуунд карбон ширм нь хүчилтөрөгчтэй урвалд орж (C + O₂ = CO₂), аажмаар исэлдэж, жин алдаж, хүч чадал нь буурдаг. Гэсэн хэдий ч инерт хийн орчинд (жишээ нь, азот) эсвэл хоосон зай дахь нөхцөлд тэр ч гэсэн маш өндөр температурт (1000°C-с дээш) тэсвэртэй байдаг.
Нэмэлт тэмдэглэл: Карбон ширм өөрөө өндөр температурт исэлдэхэд мэдрэг биш, учир нь түүний үндсэн бүрэлдэхүүн нь карбон бөгөөд хүчилтөрөгчгүй орчинд 1800°C-с дээш температурыг тэсвэрлэх чадвартай. Гэхдээ карбон ширмийн найрмал материал нь өндөр температурт исэлдэхэд мэдрэг байдаг нь хэрэглэсэн смолын матриц нь 400°C-с дээш халуунд, хүчилтөрөгч агуулсан орчинд исэлдэж, задрана. Ингэснээр материалын нийтлэг газар ажиллах чадвар алдагдана. Хүчилтөрөгч агуулсан орчинд карбон ширм өөрөө 300°C-400°C хүртэлх температурыг тэсвэрлэх чадвартай.
Нүүрстөрөгчийн шилэн бүтээгдэхүүний идэвхжих эсэргүүцэл нь матрицаас ижил байдлаар хамаардаг. Хэрэв матрицын смол нь идэвхжих эсэргүүцэл багатай (жишээ нь, ердийн полиэфир смол) бол идэвхжүүлэгч орчинд удаан хугацаагаар өртөх нь смолын гэмтлийг үүсгэж, ингэснээр нийт ажиллагааг муутгана. Тиймээс химийн боловсруулалтанд ашигладаг нүүрстөрөгчийн шилэн бүтээгдэхүүнд идэвхжих эсэргүүцэлтэй смолын матриц (жишээ нь, винил эстерийн смол, өөрчлөгдсөн эпоксид смол) агуулах шаардлагатай.
Нүүрстөрөгчийн шилэн материал дахь чанарын үндсэн зарчим нь "бүтэц нь ажиллагааг тодорхойлно" гэсэн зарчимд оршдог. Эдгээр онцлогийг ойлгох нь түүний давуу талуудыг үр дүнтэй ашиглах түлхүүр юм—түүний "унитар хэрэглээ"-г ихэд дурдаж, мөн түүний "хязгаарлалтууд"-ыг буруу ойлгохгүй байхын тулд. Хэрэв та электроник эсвэл гадаа цуглах тоног төхөөрөмж зэрэг нүүрстөрөгчийн шилэнгийн тодорхой хэрэглээг судлахыг хүсвэл доор сэтгэгдэл үлдээхээс хэзээ ч хорогдохгүй!
Бүх эрх нь Цзянсу мужийн Чжанцзяган хотын Вэйнуо Композит компанид хуулиар хамгаалагдсан
EN
