Нүүрстөрөгчийн Шилэн Нь Нефть/Зэгсгээс Хэрхэн "Хар Алт" Болж Эргэлдэх Вэ?

Та итгэх үү? Олимпын аварга нарын 300 км/цаг хурдтай шидэлтийг тэсвэртэй даах ракетын цөм хий, Формула-1-ийн машинуудын бие 2.3 секундод 0-100 км/цаг хурданд хүрэх чадвартай байх, ойролцоо орчны агаар мандалыг нэвтрэн гарах огноорын уулзалтын гадна талын хальс – эдгээрийн үндсэн суурь бол нефтийг цэвэрлэх үед үлдэгдэл 'хар хаягдал' байдлаар үлдэж буй зүйл юм.

Өнөөдөр бид материалын шинжлэх ухааны 'авдар' болох карбоны шилэнгийн гайхамшит өсөлтийн талаар судлах болно. Энгийн нефтийн асфальт хэдэн зууны туршлага давж 'мөнгөнөөс илүү үнэтэй' 'хар эрдэнэ' болон хувирсаныг нээж үзнэ үү!

Яагаад "хар эрдэнэ" гэж нэрлэдэг вэ?
Энэ хувиралын замналд орохоос өмнө эхлээд нэг үндсэн асуултад хариулъя: Карбоны шилэнгийг яагаад ихэвчлэн алттай жиших вэ?
(1) Түүний үнэ үнэхээр 'алтан үнэ': стандарт карбон шилэн килограммд хэдэн мянган юань, харин дээд ангийн нисэх онгоцны зориулалттай карбоны шилэн килограммд 20,000 юань хүртэл үнэлэгддэг – мөнгөнөөс (граммаас ойролцоогоор 5 юань) илүү үнэтэй.

(2) Гүйцэтгэл нь маш хүчтэй: Зэвэрдэггүй болон хүчтэй хүчил дотор ч эвдэрдэггүй бөгөөд -180°C температурт ч хугардаггүй байхад цайрын дөрөвний нэг жинтэй, гэхдээ хүч нь арван дахин илүү.

(3) Үнэндээ хомсдох чадвар нь маш өндөр: Дэлхийд зөвхөн арав гаруй улсад томоохон хэмжээгээр үйлдвэрлэх технологи байдаг бөгөөд ангилах түвшинд хүрсэн нүүрстөрөгчийн шилмүүсийг "стратегийн материал" гэж үздэг тул худалдан авахыг хүсвэл ч ч эзэмшихэд хэцүү байдаг.

Энэ 'олон талт' материал нь нефтийн боловсруулалтын хажуугийн бүтээгдэхүүн буюу замын асфальтаас гаралтай – нүүрсний цуглуур дээр алмаз олж байгаатай адил, үйл явцын аль ч алхам нь гайхамшигтай бөгөөд чухал юм.

Асфальтаас нүүрстөрөгчийн шилмүүс рүү: Алхам бүр нь алгасагдашгүй байх ёстой таван алхамын 'хувиргалтын' процесс!

Нэгдүгээр алхам: Материалын сонголт — Шилмүүсний шилдэг: Өндөр чанартай битум
Битум бүгд л дахин ашиглагдах боломжтой биш. Бидний ерөнхийд зам барилтад ашигладаг битум нь их хэмжээний хольц агуулдаг бөгөөд нүүрстөрөгчийн агууламж бага байдаг тул энэ нь уг материал Carbon fiber үйлдвэрлэлд тохиромжгүй болгодог. Зөвхөн 90% нүүрстөрөгчийн агууламж, өндөр цэвэршилттэй, хүхрийн болон металлын агууламж багатай "Онцгой зэрэглэлийн битум"-ийг л ашиглаж болно.

Инженерчид битум доторх хольцыг зайлуулахын тулд уусгагчийн тусламжтайгаар түүнийг "огтох" аргыг хэрэглэдэг: хүхэр, азот, хүнд металл зэрэг хольцуудыг элс шиг шүүх шиг тусгай уусгагчид нь хийн оруулдаг. Дараа нь тархалт нь молекулын бүтцийг сайжруулж, нарийн утас болгон сунгах, өндөр температурт тэсвэртэй байх чадварыг олгодог.

Энэ шат нь спортын тамирчин сонгохтой ижил юм: зөвхөн "бат бөх суурь"-тай тамирчид л дараа нь хийгдэх жигд сургалтыг тэсвэрлэж чадна.

Хоёр дахь алхам: Утас сунгах — волосны нэгэн ширхэгээс арван дахин нарийн "алтан утас"-ыг сунгаж гаргах.
Цэвэрлэгдсэн битумийг 200–300°C хүртэл халааж, зөгийн мэтийн зууралхайлаг "хайлмал" болгон хувиргадаг. Энэ хайлмалыг диаметр нь зөвхөн 5–50 микрометр (хүний волосын 50–100 микрометртэй харьцуулахад) буюу суулгааны товчоос ч нарийн, жижиг нүхтэй "спиннерет хавтан"-д дарж шахдаг.

Эдгээр нүхээр шахан гаргасан асфальтын утаснуудыг немед даруй хүйтэн ус эсвэл хөлдөөсөн агаарт дүрсэн "хөргөж, батжих" бөгөөд тасралтгүй "асфальтын утасны туяа" үүсгэдэг. Энэ алхамд онцгой техникийн чадвар шаардлагатай: шахах хурд бага зэрэг ихсвэл утаснууд тасарна; хөргөх температур бага зэрэг буурахад хугарч эвдэрч болзошгүй; нэг л нүх бөглөрөх нь бүх парти утсыг хэрэглээнийгээ ангижрахад хүргэж болно.

Үүнийг "хиймэл шувууны овоо үйлдвэрлэх" гэж үзэж болох боловч гарган авч буй "утас" нь бархаснайнаас арав дахин нарийвтар байдаг.

Гурав дахь алхам: Урьдчилсан исэлтүүлэлт — Утсыг "галын аюулгүй хувцаст" оруулах
Шинэхэн эргэлдсэн асфальт утас нь маш мэдрэг зүйл юм: хамгийн бага таталтаар тасарч, хамгийн бага искэрээр шатдаг. Үүнийг хүчтэй болгохийн тулд анхны алхам бол түүнийг галын аюулд тэсвэртэй болгох явдал юм.

Анхдагч утсыг 150-300°C хүртэл халаасан онгоцонд хэдэн цагийн турш агаарт удаан халааж байрлуулна. Энэ үе явцад устөрөгч, хүчилтөрөгчийн элементүүд асфальт утсаас постепенно гарч ирдэг. Түүний молекулын бүтэц шугаман байдлаас сүлжээний байдлаар өөрчлөгдөж, өнгө нь хар ногоос бордуугаар шилжинэ. Хамгийн чухал нь энэ одоо галын аюулд тэсвэртэй болсон!

Энэ алхамыг бүрмөсөн алгасах боломжгүй: урьдчилан исэлдүүлэхийг алгасаад шууд өндөр температурт боловсруулах нь асфальт утсыг мөчид шатааж, өмнөх бүх хичээлийг даруй учраагүй болгоно. Түүнчлэн, халаах хурд удаан байх ёстой; хурдан явуулах нь утасны доторх "тэгш бус дотоод хүчдэл"-д хүргэж, трещиныг үүсгэнэ.

Дөрөвдүгээр алхам: Нүүрстөрөгчжүүлэлт — Өндөр температурт цэвэршүүлэх замаар "цэвэр нүүрстөрөгчийн ястай" болгох
Одоо "галын тэсвэртэй хувцас" эмчлэгдсэн цэврүү, карбонжуулах зууханд дотор нь "эцсийн шалгалт" өгснөөр дамжих ёстой. Энэ зуух нь 1000-1800°C температурт ажиллах бөгөөд хүчилтөрөгчгүй орчинд байх ёстой (үгүй бол нүүрстөрөгч нүүрстөрөгчийн диоксид болон исэлдэнэ).

Эдгээр хэт өндөр температурын нөхцөлд утасны доторх нүүрстөрөгч бус элементүүд (устөрөгч, азот гэх мэт) сүүлчийнхээ байдлаар хийн хэлбэрээр "гарч" явах болно. Үлдэх зүйл бол бараг цэвэр нүүрстөрөгч (90% нүүрстөрөгчийн агууламж) бөгөөд молекулын бүтэц нь зохиомол "графит шиг кристаллууд" болон дахин байрлаж байна. Энэ үед "нафтын утас" албан ёсоор "карбон ширхэгийн өмнөх бодис" болон шилжих юм!

Нүүрстөрөгчжих температур нь шууд нүүрстөрөгчийн ширмийн үнэ цэнэд нөлөөлдөг: ердийн үйлдвэрлэлийн зэрэглэлийн нүүрстөрөгчийн ширмийг ойролцоогоор 1000°C-д үйлдвэрлэх боломжтой боловч далайн эсвэл агаарын орны зэрэглэлийнхийг 2000°C-с дээш температурт үйлдвэрлэх шаардлагатай. Энэ нь илүү зохиомжтой нүүрстөрөгчийн кристалын байршил болон хэд дахин нэмэгдсэн бат бөх байдлыг бий болгох бөгөөд үнэ өргөн дэлгэрсэн байдлаар нэмэгддэг.

Тавдугаар алхам: Гадаргуугийн боловсруулалт — Нүүрстөрөгчийн ширмэнд холболт тогтоох
Шинэхэн нүүрстөрөгчид нь шил шиг гөлгөр гадаргатай байдаг тул смол, металл зэрэг материалуудтай холбоход "зунгарадаг" байдалд ордог — яг л хоёр ширхэг толины хавтанг хооронд нь дарахад тасарч салдагтай адил. Боловсруулсан нүүрстөрөгчийн ширмийг дараа нь эсвэл өмнө нь ярилцсан нүүрстөрөгчийн даавуу болгон эвхэх эсвэл богино ширм болгон тасалж, найрлагат материалын "цөм хүрээ"-г бий болгодог.
Энэ үед асфальтаас эхэлсэн 2-3 сарын "хувиргалтын" аялал бүрэн дуусаж, төгсгөлд нь хүрсэн байна.

Эдгээр бага мэдэгдэх зүйлс нь хүмүүсийн 90%-д мэдэгдэхгүй байдаг!

1. Бүх нүүрстөрөгчийн шилэнгийн эх үүсвэр нефтийн пич биш юм: нефтийн пичийн зэрэгцээ поликарбонитрил (PAN) болон вискозын ширхэгийг ч мөн нүүрстөрөгчийн шилэн үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Дэлхий даяар үйлдвэрлэж буй нүүрстөрөгчийн шилний 90% нь PAN-д суурилсан байдаг бол пичид суурилсан нүүрстөрөгчийн шил нь өндөр түвшний, хүчтэй хэрэглээнд илүү тохиромжтой.

2. Нэг тонн нүүрстөрөгчийн шил үйлдвэрлэхэд 20 тонн анхдагч материал зарцуулдаг: пичээс нүүрстөрөгчийн шил хүртэлх гарц 5%-аас бага байдаг. Тиймээс тэр их үнэтэй байдаг нь гайхалтай биш.

3. Хятад монополийг таслан задалсан: Өмнө нь өндөр түвшний нүүрстөрөгчийн шилнийг Европ, Америк, Япон хяналтан доор байлгадаг байсан. Одоо Хятад T1100-р ангилалын нүүрстөрөгчийн шил (авиацийн ангилал)-ийг массовоор үйлдвэрлэж чадаж, импортлоос 30% хямд үнэтэй болгосон.

Та ямар нүүрстөрөгчийн шилтэй таарч байсан бэ? бҮТЭЭГДЭХҮҮН та нарт нүүрстөрөгчийн шил хаана тохиолдсон бэ?
Нүүрстөрөгчийн шил гэдэг бидний өдөр тутмын амьдралаас огт хол биш юм: зурхай, мотор спортыг даван гарахад л биш, одоо өндөр түвшний велосипедийн хүрд, дронгийн хөл, мөн мобиль утасны корпусод ч гэсэн ашиглагдаж эхэлсэн.

Та өөрийн орчимд нүүрстөрөгчийн шилтэй бүтээгдэхүүн таарч байсан уу? Энэ материал хойчид ямар хэрэглээнүүдэд ашиглагдах боломжтой гэж та бодож байна вэ? Сэтгэгдлээ сэтгэл ханамжтай хуваалцаарай!

Энгийн нефтийн нафталайн хэдэн сарын турш илүү өндөр түвшний үйлдвэрлэлийг эдгээр 'хар алт'-аар хангах чиглэлээр гайхалтай хувьсаж байв. Энэ амьдралд хүргэсэн нь миллиметр түвшний нарийвчлалыг зорих дутагдалгүй олон инженерийн тэмүүлэл, мөн хүн төрөлхтөн материалын шинжлэх ухааны хязгаарыг тасралтгүй түлхэх хүсэл юм. Дараагийн удаа та нүүрстөрөгчийн шилтэй бүтээгдэхүүнтэй таарвал санаж магад: үүнийг өмнө нь зөвхөн хаягдсан нефтийн үлдэгдэл гэж үздэг байсан.