Šta je karbonsko vlakno? Šta čini ovaj „materijal zvezdu” toliko dobrom?

Kada je u pitanju karbonsko vlakno, možda ste za njega čuli u novosti - ракетне стреле, тела високобрзинског воза, дронови, кућишта тркачких аутомобила и чак висококвалитетни бадминтон рекети имају његову присуство. Овај материјал који звучи као „црна технологија“, у ствари шта је? Данас ћемо на најједноставнији начин објаснити да вам прикажемо „звезду света материјала“.

Карбон влакно, у основи „супер карбонска влакна“

Једноставно речено, карбонско влакно је неорганско полимерно влакно које садржи 90% или више угљеника. Није ни метал ни пластика, већ „кристал угљеника“ – црно влакно формирано специјалним процесом карбонизације органских влакана (као што су полиакрилонитрил и асфалт) на високим температурама како би се уклониле нечистоће.

Izgled: има само 5-10 микрона у пречнику (отприлике 1/10 део људске длаке), голим оком изгледа као црна вуница или влакно од вуне, али на додир је „кртiji“ од гвоздене жице.

Karakteristike: „Лаган, јак, отпоран, стабилан“.

(1) Чврстоћа је 7-9 пута већа него код челика, док је издржљивост много већа од стаклених влакана;
(2) Gustina od samo 1,7 g/cm³, lakši od aluminijuma (gustina aluminijuma 2,7 g/cm³)
(3) otpornost na visoke temperature (ne može se stopiti iznad 2000 ℃), otpornost na koroziju (ne boji se kiselina i alkalija), neprovodljiv (specijalnom obradom može postati provodljiv).

Performanse "uključi-isključi": besmisleno lagano i iznenađujuće tvrdo

Veličina karbonskih vlakana potpuno je "osigurana" tri ključne prednosti:

（1）Lak kao pero, ali jači od čelika：

Gustina je samo 1,7-2,0 g/cm³ (1/4 čelika, 2/3 aluminijumskih legura), ali zatezna čvrstoća može doseći 3000-7000 MPa (više od 10 puta više od čelika), a uže debljine prsta može podići nekoliko tona automobila.

（2）Eksplozija krutosti, stabilan kao stena:

Modul elastičnosti (mera krutosti) dostiže 200-600 GPa, skoro bez deformacije pri opterećenju, korišćenje kao nosač satelita može održavati precizan položaj u svemiru.

（3）"Anti-build" osobine su u potpunosti iskorišćene:

Otpornost na visoke temperature (u inertnom okruženju do 2000 ℃), otpornost na kiseline i baze (more decenijama bez korozije), anti-zamor (ponovljena sila ne lomi lako), pred metalima mora da „prizna superiornost“.

Zašto je ugljenično vlakno „materijal nacionalne strategije“?

Proizvodnja ugljeničnog vlakna je izuzetno teška, a samo nekoliko zemalja u svetu može masovno proizvoditi visokokvalitetno ugljenično vlakno (najčešće Kina, Japan i SAD). Ono nije samo „temelj“ napredne proizvodne tehnike, već je povezano i sa ključnim oblastima kao što su vazduhoplovstvo, svemirska tehnologija i odbrambena bezbednost.

Na primer, u vojnoj industriji, ugljenično vlakno se može koristiti za izradu trupa skrivenih borbenih aviona (apsorpcija talasa), tela projektila (olakšavanje radi povećanja dometa); u oblasti novih izvora energije, što je lopatica vetrenjače duža, efikasnija je proizvodnja električne energije, a samo ugljenično vlakno može podržati lopaticu dužinu od 100 metara.
У последњих неколико година, кинеска индустрија угљеничних влакана је имала брз прорив, од зависности од увоза до независне масовне производње, а чак и заузима доминантан положај на глобалном тржишту у неким областима (као што су ветрењаче, спортска опрема).

Како се прави угљенично влакно?

Veličina karbonskih vlakana potpuno je "osigurana" tri ključne prednosti:

（1）Припрема примарне влакне

Полиакрилонитрил (PAN), смола и друге сировине, кроз процес вучења, прерађују се у „сирову свилу“ (слично као хемијска влакна). Овај корак је основа, а квалитет сирове свиле директно одређује перформансе угљеничног влакна (Кина је дуго била „запечаћена“ на овом кораку).

（2）Карбонизација

Сирова свила се постепено загрева на температуру између 1.000 и 3.000 степени у инертном гасу (да би се спречило сагоревање), чиме се уклањају елементи попут водоника и кисеоника, остављајући само угљеничне молекуле. Након овог корака, садржај угљеника у влакну се повећава са 50% на преко 90%, знатно повећавајући његову чврстоћу и тврдоћу.

（3）Додатна обрада

У зависности од примена , ugljenična vlakna se tkaju u tkaninu, namotavaju u cevi ili kombinuju sa smolama, metalima itd. kako bi se proizveli "kompoziti od ugljeničnih vlakana" (kao što često nazivamo "ploče od ugljeničnih vlakana" i "cevi od ugljeničnih vlakana").

【Hladno znanje o ugljeničnim vlaknima】

P: Zašto je crno?
O: Grafitne strukture apsorbuju skoro svu vidljivu svetlost.

P: Da li se boji vatre?
O: Oksidacija počinje na 400°C u vazduhu, ali kapsula ga koristi kao toplotni štit.

П: Да ли се може рециклирати?
O: BMW je omogućio reciklažu delova automobila od otpadnih ugljeničnih vlakana.