Zbulimi i 4 Mitave të Zakonshëm Rreth Fibrës së Karbonit! Përçues, Mbrojtje, Rezistent ndaj Ujit, Rezistent ndaj Korrozionit

Zbulimi i 4 Mitave të Zakonshëm Rreth Fijes së Karbonit! A është konduktiv? A ofron mbrojtje? A reziston ndaj ujit? A është rezistent ndaj korrozionit?

Nga pjesët e lehta automobilistike dhe pajisjet sportive të kategorisë së lartë deri te pjesët strukturore kritike në industrinë ajrore, fibra e karbonit gjatë viteve ka tërhequr vëmendjen e publikut me vetitë e saj "sa një penë e lehtë, aq sa çeliku i fortë". Megjithatë, me rritjen e popullaritetit të saj, pyetjet rreth karakteristikave të saja shumëfishohen: Disa thonë se "fibra e karbonit qan elektricitet, prandaj fundukët e telefonit bërë prej saj bllokojnë sinjalet", ndërsa të tjerë kanë shqetësime se "fibra e karbonit i shmang ujin dhe do të thyehej në shi", ndërsa të tjerë pyesin: "A është më rezistente ndaj korrozionit sesa metali?"

Këto pyetje të dukshme të thjeshta zbulojnë logjikën bazë pas vetive materiale të fibërave të karbonit—ajo nuk është as një "materiale univerzale" as e ngarkuar me numrin e shumtë të "tabuive" që thuhet se ekzistojnë. Sot, do të përgjigjemi katër pyetjeve më të nxitura në gjuhë të thjeshtë, duke i thyer parimet dhe ofruar përgjigje të bazuar në aplikime reale për t'ju ndihmuar që t'i kuptoni vërtet fibrat e karbonit!

Pyetja 1: A dëgjuat që fibra e karbonit është e përcjellshme?

Përgjigja 1: Po, ajo përcjell elektricitetin përgjatë boshtit të fibrës, por nuk është si metali!

Shumë njerëz gabimisht besojnë se fibra e karbonit është një "materiale izolues", por vetë fibra e pastër e karbonit posedon një përcjellshmëri elektrike të shkëlqyeshme—kjo rrjedh nga struktura molekulare e saj: fibra e karbonit formon një strukturë të ngjashme me grafitin ku atomët e karbonit janë të rregulluar në një rrjet gjashtëkëndor. Elektronet e lira mund të lëvizin lirisht brenda lidhjeve të konjuguar π, ngjashëm me një "autostradë" për elektronet, duke mundësuar kështu përcjellshmërinë.

Megjithatë, përshkueshmëria e saj ndryshon në mënyrë të konsiderueshme nga metale si bakri ose aluminiumi:

(1) Përshkueshmëri drejcionale: Fibra e karbonit tregon një përshkueshmëri më të fortë përgjatë drejtimit aksial (gjatësisht) dhe më të dobët transversalisht (në drejtimin e diametrit), ndërsa metalet përshkojnë rrymën elektrike izotropikisht;
(2) Efikasitet pak më i ulët i përshkueshmërisë: Rezistiviteti i fibrës së karbonit lëviz nga 10⁻³ deri në 10⁻⁴ Ω·m (duke ndryshuar sipas specifikimit), shumë më i lartë se ai i bakrit (1,72×10⁻⁸ Ω·m), gjë që e bën të papërshtatshëm si zëvendësim direkt për telarë metalikë;
(3) Materialet kompozite mund të jenë izoluese: Shumica e "fibër karboni pRODUKTET " që hasim çdo ditë (p.sh. raketat me fibër karboni, pjesët automobilistike) janë në fakt "kompozite të forcuara me fibër karboni" (CFRP). Nëse matrica është një material izolues si rezina epoksidike dhe fibrat e karbonit nuk formojnë një rrjet përshkuesës të vazhdueshëm, kompoziti mund të tregojë veti izoluese ose gjysmëpërshkuese në përgjithësi.
Aplikime praktike: Duke shfrytëzuar përcjellësinë e tij, fibra e karbonit mund të përdoret për prodhimin e dyerve anti-statike dhe materiale mbrojtëse ndaj zhurmës elektromagnetike. Duke kontrolluar përmbajtjen e fibrave, gjithashtu mund të prodhohen kompozita izoluese prej fibër karboni për të plotësuar nevojat e ndryshme aplikimi kërkesat.

Pyetja 2: A mund të bllokojë sinjalet si metali?

Përgjigjja 2: Po, por kërkohet formimi i një rrjeti të vazhdueshëm përcjellës.

Parimi themelor i mbrojtjes elektromagnetike është "formimi i një kaviteti të mbyllur me materiale përcjellëse për të pasqyruar, absorbuar ose udhëzuar valët elektromagnetike drejt tokës". Metali funksionon si material i shkëlqyer mbrojtës sepse është një përcjellës i vazhdueshëm i aftë të bllokojë në mënyrë të plotë valët elektromagnetike.

Nëse fibra e karbonit mund të bllokojë sinjalet varet nga fakti se a formon një shteg të vazhdueshëm përcjellës:
(1) Fibër e pastër karboni / e lartë përmbajtje e vazhdueshme produkte prej Fibër Karboni :Arrijni efikasitet të caktuar të bllokimit! Për shembull, përbërësit bërë prej stofrash prej fibrash të plota karboni ose prej preimpregnimeve të fibrave të karbonit formojnë një rrjetë të vazhdueshme të përçueshme përmes ndërprerjes së fijeve, duke pasqyruar disa valë elektromagnetike. Efikasiteti i bllokimit (SE) zakonisht lëviz nga 30 deri në 60 dB (i mjaftueshëm për aplikime industriale dhe civile të përgjithshme), megjithëse pak më i ulët se metaleve (60 deri në 100 dB+).
(2) Përbërës me përmbajtje të ulët / të shpërndarë të fibrave të karbonit: Nëse fibrat e karbonit janë thjesht "të shpërndara" brenda një matrice izoluese pa formuar një rrjetë të vazhdueshme, ato funksionojnë si "fije të thyera" dhe ofrojnë gati asnjë aftësi bllokimi;
(3) Zgjidhje për përmirësim: Zbatimi i një shtresë metalike mbi sipërfaqen e përbërësit ose integrimi i mbushësve të përçueshëm (p.sh., nanotubat e karbonit) mund të rrisin në mënyrë të konsiderueshme performancën e bllokimit të produkteve të fibrave të karbonit, madje edhe të afrohet nivelit të metaleve.
Për shembull: Një kapak telefoni prej fibër karboni me përmbajtje të lartë prej stofshi të vazhdueshëm karbonik mund të dobësojë pak sinjalet (megjithëse nuk pengon përdorimin normal); ndërsa një kapak standard prej plastike të forcuara me karbon (CFRP), për shkak të shpërndarjes së fibrave, ka efekt minim të parashikueshëm mbi pranimin e sinjaleve.

Pyetja 3: A është materiali i fibër karboni "i frikshëm nga uji"?

Përgjigja 3: Fibra e pastër karboni nuk është problem; materiale të përbëra varen nga matrica dhe mbrojtja.

Së pari, le t'i sqarojmë: Fibra e pastër karboni vetë nuk ka frikë nga uji! Fibra karboni ka një strukturë kimike të qëndrueshme që nuk reagon me ujin. Ajo nuk do të korrodohet ose të degradohet kur jetë nën ujë, dhe madje edhe në mjediset nëntokësore (si pajisjet e thellësisë apo robotët nëntokësorë), fibra e pastër karboni funksionon si një material strukturor i shkëlqyeshëm.

Megjithatë, "produktet e fibër karboni" (materiale të përbëra) që hasim zakonisht mund të jenë "të frikshëm nga uji".

Problemi kryesor gjendet tek materiali i matrices dhe lidhja në interfaç:
(1) Nëse matrica kompozite është rezinë epoksidike, rezinë poliesteri etj., zhytja e gjatë lejon ujit të përfshihet ngadalë brenda rezinës ose në ndërfaqen e fijes me rezinën, duke çuar në:
1) Swelling dhe plakje rezine, duke ulur fortësinë e materialit;
2) Shkrimin e fijes nga rezina (dështim i ndërfaqes), duke shkaktuar "shkrimin e shtresave";
(2) Kompozitet e trajtuar veçanërisht janë "rezistente ndaj ujit": Duke bërë rezinën të pakalueshme për ujë, duke aplikuar mbulesa hidrofuge (p.sh. mbulesa poliuretani, fluorokarboni) mbi sipërfaqen e produktit, ose duke përdorur matrica me rezistencë superiore ndaj ujit (p.sh. polietereterketoni PEEK), kompozitet e fibër karboni mund të ruajnë stabilitetin në mjedise të lagështa ose madje edhe gjatë zhytjes së gjatë.

Rekomandime përdorimi: - Evitoni ekspozimin e gjatë në shi ose zhytje për produktet e përgjithshme prej fibër karboni (p.sh. çantë shpine, raketë sportive). - Për aplikime jashtë shtëpisë ose nën ujë (p.sh. pale, pajisje për futje në thellësi), zgjidhni produkte speciale të klasës rezistente ndaj ujit.

F4：Sa rezistent ndaj korrozionit është?

A4: "I rezistent ndaj korrozionit kimik" por "i prekshëm nga oksidimi i temperaturës së lartë"!

Fibra e karbonit tregon një rezistencë të shkëlqyeshme të përgjithshme ndaj korrozionit, me përfitimin kryesor që rrjedh nga struktura e qëndrueshme e atomeve të karbonit:
(1) Rezistencë ndaj korrozionit të acidit dhe alkalit: Në temperaturë ambienti, fibra e karbonit reziston ndaj vaskulimit nga zgjidhjet e zakonshme acide dhe alkaline si acid klorhidrik, acid sulfurik dhe natrium hidroksid. Sprejt metaleve, ajo nuk kalon nën korrozion elektrokimik, gjë që e bën të përdorur gjerësisht në pajisje kimike (p.sh. tubacione për transportin e mjeteve korrozive, veshje të enëve reaktori).
(2) Rezistencë ndaj korrozionit të tretësve organikë: Fibra e karbonit është e pathërtuar në shumicën e tretësve organikë si alkooli, aceton, dhe benzinë, dhe nuk degradohet as edhe pas ekspozimit të gjatë;
(3) Dobësi: E prekshme ndaj Oksidimit të Temperaturës së Lartë: Kjo është e vetmja "vullnerabilitet ndaj korrozionit" e shkëlqimit të karbonit—në ajër, temperaturat mbi 400°C shkaktojnë që shkëlqimi i karbonit të reagojë me oksigjenin (C + O₂ = CO₂), duke çuar në oksidim të ngadalshëm, humbje peshë dhe zvogëlim të fortësisë. Megjithatë, në mjediset gazore inerte (p.sh., azot) ose në kushte vakuumi, ai mbetet stabil edhe në temperatura shumë të larta (mbi 1000°C).

Shënim shtesë: I vetmi shkëlqim i karbonit nuk është i prirur ndaj oksidimit në temperaturë të lartë, pasi komponenti kryesor i tij është karboni, gjë që i lejon atij të rezistojë temperaturave mbi 1800°C në mjediset pa oksigjen. Megjithatë, kompozitet e shkëlqimit të karbonit janë të vullnerueshëm ndaj oksidimit në temperaturë të lartë, sepse matrica e smaltit që përdoret oksidohet dhe dështon në mjediset me oksigjen mbi 400°C, duke kompromentuar kështu performancën e tërë materialit. Në mjediset me oksigjen, vetë shkëlqimi i karbonit ka një tolerancë temperature 300°C-400°C.

Rezistenca ndaj korrozionit e kompozitëve të fibërave të karbonit është e influencuar ngjashëm nga matrica. Nëse harxhëri i matrices nuk ka rezistencë ndaj korrozionit (p.sh., harxhë standard poliester), ekspozimi i gjatë në mjedise korrozive do të shkaktojë dështimin e harxhit, duke kompromentuar kështu performancën përgjithësore. Prandaj, kompozitet e fibërave të karbonit që përdoren në përpunimin kimik duhet të përfshijnë matrica harxhi me rezistencë ndaj korrozionit (p.sh., harxhe vinil esteri, harxhe epoksi të modifikuar).

Theja e vetive të materialit të fibërave të karbonit qëndron në parimin se "struktura përcakton performancën". Kuptimi i këtyre karakteristikave është kyç për të shfrytëzuar efektivisht përparësitë e tij—pa e përhapur tepër "aplikueshmërinë universale" as pa e kuptuar gabimisht "kufizimet" e saj. Nëse dëshironi të eksploroni aplikime specifike (si p.sh. fibra e karbonit në elektronikë ose pajisje për ambientin e hapur), mos hezitoni të lini një koment më poshtë!