Uglerod tolasi haqida 4 ta tarqoq noto'g'ri tushunchani to'g'rilash! O'tkazuvchan, ekranlovchi, suvga chidamli, korroziyaga chidamli

Karbon tola haqida 4 ta keng tarqoq noto'g'ri tushunchani to'g'rilash! Tok o'tkazmaydimi? Ekranlaydimi? Suvdan himoyamidir? Korroziyaga chidamlimi?

Yengil avtomobil qismlaridan boshlab yuqori darajadagi sport jihozlariga va kosmik sohadagi asosiy konstruksion elementlargacha bo'lgan sohalarda karbon tola "parranda qanoti kabi yengil, po'lat kabi mustahkam" xususiyati bilan uzoq vaqt davomida e'tiborni tortib kelgan. Biroq, uning mashhurligi o'sishi bilan uning xususiyatlari haqida savollar ham ortib bormoqda: Ba'zilari "karbon tola elektr tokini o'tkazadi, shu sababli undan tayyorlangan telefon qutisi signallarni bloklaydi" deb da'vo qiladi, boshqalari esa "karbon tola suvni yoqtirmaydi va yomg'irda singib ketadi" deb xavotirlanadi, yana boshqalari esa "U metallardan ko'ra korroziyaga chidamliligi yuqorimi?" degan savolga javob izlaydi.

Ushbu soddaroq ko'rinadigan savollar uglerod tolasi materiali xususiyatlarining asosiy mohiyatini yoritadi — u nihoyatda "universal material" ham emas, shuningdek, mavjudligi haqida g'ala-efkar yuritiladigan ko'plab "tabular" bilan ham qo'rqitilmagan. Bugun biz uglerod tolasi haqida tushunishni chuqurlashtirishga yordam beradigan, amaliyotda qo'llaniladigan tamoyillarga asoslangan, oddiy tilda bayon etilgan to'rtta dolzarb savolga javob beramiz!

S1: Siz uglerod tolasi o'tkazuvchan ekanligini eshitgansizmi?

J1: Ha, u tolaning o'qi bo'ylab elektr tokini o'tkazadi, lekin metallardek emas!

Ko'plab odamlar noto'g'ri ravishda uglerod tolasi — "izolyatsiya qiluvchi material" deb hisoblaydi, lekin sof uglerod tolasi o'zida ajoyib elektr o'tkazuvchanlikka ega — bu uning molekulyar tuzilishidan kelib chiqadi: uglerod tolasi grafitga o'xshash tuzilishni hosil qiladi, unda uglerod atomlari oltingugurt tarang tarmoqqa o'xshash olti burchakli halqalarda joylashgan. Birikkan π bog'lanishlari doirasida erkin elektronlar bevosita harakatlanishi mumkin, bu esa elektronlar uchun "magistral" mavjudligiga o'xshaydi, shu tufayli elektr o'tkazuvchanlik namoyon bo'ladi.

Biroq, uning o'tkazuvchanligi mis yoki alyuminiy kabi metallardan ancha farq qiladi:

(1) Yo'nalishli o'tkazuvchanlik: Uglerod tolasi o'z o'qi bo'ylab (uzunligi bo'ylab) kuchliroq o'tkazuvchanlik namoyon etadi, ko'ndalang (diametri bo'ylab) esa kamroq o'tkazuvchanlik namoyon etadi, metallar esa elektr tokini izotropik tarzda o'tkazadi;
(2) Biroz past o'tkazuvchanlik samaradorligi: Uglerod tolasi qarshiligi me'yorida 10⁻³ dan 10⁻⁴ Ω·m gacha bo'ladi (me'yoriy ko'rsatkichlarga qarab o'zgaradi), bu esa misning qarshiligidan (1,72×10⁻⁸ Ω·m) ancha yuqori bo'lib, uni to'g'ridan-to'g'ri metall sim sifatida ishlatishga nomaqbul qiladi;
(3) Aralash materiallar izolyatsiya qiluvchi bo'lishi mumkin: Kundalik hayotimizda uchratadigan ko'pchilik "uglerod tolasi mahsulotlar " (masalan, uglerod tolali raketskalar, avtomobil komponentlari) aslida "uglerod tolasi bilan mustahkamlangan aralash materiallar" (CFRP) hisoblanadi. Agar matritsa epoksi smolasi kabi izolyatsiya qiluvchi modda bo'lsa va uglerod tolalari uzluksiz o'tkazuvchi tarmoq hosil qilmasa, aralash material umuman izolyatsiya qiluvchi yoki yarimo'tkazuvchi xususiyatlarga ega bo'lishi mumkin.
Amaliy qo'llanilish: o'tkazuvchanligidan foydalanib, uglerod tolasi statikaga chidamli pol va elektromagnit ekranlash materiallarini ishlab chiqarishda qo'llanilishi mumkin. Tolalar tarkibini nazorat qilish orqali izolyatsiya qilingan uglerod tolali kompozitsion materiallarni ham ishlab chiqarish mumkin bo'lib, u turlicha ehtiyojlarga javob beradi qo'llanilishi talablar.

Q2: U metallardagidek signallarni ekranlay oladimi?

J2: Ha, lekin bu uchun uzluksiz o'tkazuvchan tarmoq shakllanishi kerak.

Elektromagnit to'lqinlarni ekranlashning asosiy tamoyili — «elektromagnit to'lqinlarni aks ettirish, yutish yoki yer tomonga yo'naltirish uchun o'tkazuvchan materiallardan yopiq bo'shliq hosil qilish». Metall ajoyib ekranlovchi material hisoblanadi, chunki u elektromagnit to'lqinlarni kompleks ravishda blokirovka qila oladigan uzluksiz o'tkazgichdir.

Uglerod tolasi signallarni ekranlay olishi uning uzluksiz o'tkazuvchan yo'l hosil qilishiga bog'liq:
(1) Toza uglerod tolasi / yuqori miqdordagi uzluksiz uglerodniy volokno mahsulotlari :Ma'lum ekranlash samaradorligiga erishish! Masalan, toza karbon tolali to'qimalardan yoki karbon tolali prepreglardan tayyorlangan komponentlar tolalarning o'ralish orqali uzluksiz o'tkazuvchan tarmoq hosil qiladi va ba'zi elektromagnit to'lqinlarni aks ettiradi. Ekranlash samaradorligi (SE) odatda 30 dan 60 dB gacha bo'ladi (oddiy sanoat va fuqarolik dasturlari uchun etarli), metallarga nisbatan biroz past (60 dan 100 dB va undan yuqori).
(2) Kam miqdordagi / alohida karbonli tolali kompozitlar: Agar karbon tolalar izolyatsiya qilingan matritsaga uzluksiz tarmoq hosil qilmaydigan tarzda faqat "so'rilgan" bo'lsa, ular "uzilgan simlar" kabi ishlaydi va deyarli hech qanday ekranlash imkoniyatini bermaydi;
(3) Takomillashtirish echimlari: Kompozit sirtiga metall parda qo'llash yoki o'tkazuvchan to'ldirgichlarni (masalan, uglerod nanotrubachalarni) qo'shish karbonli tolali mahsulotlarning ekranlash xususiyatini sezilarli darajada oshirishi mumkin, hatto metall darajasiga yaqinlashtirishi ham mumkin.
Masalan: Yuqori miqdordagi uzluksiz karbon tolali to'qimadan tayyorlangan karbonli tolali telefon qutisi signallarni biroz susaytirishi mumkin (garchi bu oddiy foydalanishga ta'sir qilmaydi); boshqa tomondan, aralashgan tolalar tufayli standart karbonli tolali plastik (CFRP) quti signalni qabul qilishga deyarli ta'sir qilmaydi.

S3: Karbonli tolali material "suvdan qo'rqadimi"?

J3: Toza karbonli tola uchun suv xavfli emas; kompozit materiallar esa matritsa va himoya qatlami darajasiga bog'liq.

Avvalo, aniqroq aytganda: Toza karbonli tola o'zi suvdan qo'rqmaydi! Karbonli tolada barqaror kimyoviy tuzilma bo'lib, u suv bilan reaksiyaga kirishmaydi. U suv ostida tursa ham rustlaydi yoki buzilmaydi va hatto suv osti muhitida (masalan, chuqiq dengiz uskunalari yoki suv osti robotlari) toza karbonli tola a'lo darajadagi konstruksiya materiali sifatida ishlatiladi.

Biroq, biz ko'pincha uchratadigan "karbonli tolali mahsulotlar" (kompozit materiallar) suvdan "qo'rqishi" mumkin.

Asosiy muammo matritsa materiali va interfeys birikmasida:
(1) Agar kompozit matritsa epoksi rezina, poliester rezina va boshqalardan iborat bo'lsa, uzoq muddat suvda turgunlik suvning asta-sekinlyk bilan rezina ichiga yoki tolalar-rezina interfeysiga kirishiga olib keladi, natijada:
1) Rezina shishib chiqadi va eskiradi, materialning mustahkamligini pasaytiradi;
2) Tolalar-bilan rezina ajralib ketadi (interfeysdagi muammolar), "qatlamlarning ajralib ketishi"ga olib keladi;
(2) Maxsus ishlov berilgan kompozitlar "suv o'tkazmaydi": Rezina suv o'tkazmasligini ta'minlash, mahsulot sirtiga suvni maydovchi qoplamalar (masalan, poliuretan, ftoruglerod kabi) yopishtirish yoki suvga chidamliroq matritsalardan foydalanish (masalan, polietereftorketon PEEK) orqali karbon tolali kompozitlar nam muhitda yoki hatto uzoq muddat suv ostida turarli bo'lishini saqlab qoladi.

Foydalanish bo'yicha tavsiyalar: - Oddiy karbon tolali mahsulotlarni (masalan, ranetslar, sport to'plari) yomg'irda yoki suvda uzoq muddat tashlanishidan saqlang. - Tashqi fazoning yoki suv osti uchun mo'ljallangan buyumlarda (masalan, supa pallalari, suzish jihozlari) maxsus suv o'tkazmaydigan darajadagi mahsulotlarni tanlang.

S4: U qanchalik korroziyaga chidamli?

A4: "Kimyoviy korroziyaga chidamli", lekin "yuqori haroratdagi oksidlanishga nozik"!

Uglerod tolasi ajoyib umumiy korroziyaga chidamlikka ega bo'lib, uning asosiy afzalligi uglerod atomlarining barqaror tuzilishidan kelib chiqadi:
(1) Kislotalar va ishqorlarga chidamlilik: Xona haroratida uglerod tolasi xlorid kislota, sulfat kislota va natriy gidroksid kabi oddiy kislotali va ishqoriy eritmalarning ta'siriga chidamli. U metallardan farqli o'laroq, elektrokimyoviy korroziyaga uchramaydi va shu sababli kimyoviy jihozlarda (masalan, korroziv muhitni tashish uchun quvurlar, reaktor idish qoplamalari) keng qo'llaniladi.
(2) Organik erituvchilarga chidamlilik: Uglerod tolasi spirt, atseton va benzin kabi aksariyat organik erituvchilarda erimaydi va hatto uzoq muddat ta'sir etilganda ham buzilmaydi;
(3) Kamchilik: Yuqori haroratdagi oksidlanishga moyillik: Bu uglerod tolasi uchun yagona "korroziya zaifligi"dir — havo muhitida 400°C dan yuqori haroratlar uglerod tolasining kislorod bilan reaktsiyasiga olib keladi (C + O₂ = CO₂), natijada asta-sekin oksidlanish, og'irlikning kamayishi va mustahkamlikning pasayishi ro'y beradi. Biroq, inert gaz (masalan, azot) yoki vakuum sharoitida u hatto juda yuqori haroratlarda (1000°C dan yuqori) ham barqaror bo'lib qoladi.

Qo'shimcha izoh: Uglerod tolasi o'zini oshiq haroratdagi oksidlanishga chidamli, chunki uning asosiy tarkibiy qismi uglerod bo'lib, unda kislorodsiz muhitda 1800°C dan yuqori haroratlarga chidaydi. Biroq, uglerod tolali kompozitsion materiallarga oshiq haroratdagi oksidlanish ta'sir qiladi, chunki foydalaniladigan smolya matritsasi 400°C dan yuqori kislorodli muhitda oksidlanadi va ishlamay qoladi, bu esa butun materialning ishlashini buzadi. Kislodorli muhitda uglerod tolasi o'zining haroratga chidamliligi 300°C-400°C atrofida.

Uglerod tolali kompozitsiyalarning korroziyaga chidamliligi shunga o'xshash tarzda matritsa ta'sirida bo'ladi. Agar matritsa rezinasi korroziyaga chidamli bo'lmasa (masalan, standart politsevr rezini), korroziv muhitga uzoq muddat ta'sir qilish rezinaning ishdan chiqishiga olib keladi va natijada umumiy ishlash xususiyatlari pasayadi. Shu sababli ham kimyoviy jarayonlarda foydalaniladigan uglerod tolali kompozitsiyalar korroziyaga chidamli rezina matritsalarini (masalan, vinil ester rezinalari, modifikatsiyalangan epoksi rezinalari) o'z ichiga olishi kerak.

Uglerod tolali materiallarning xossalari "tuzilish ishlashni belgilaydi" tamoyiliga asoslangan. Bu xususiyatlarni tushunish uning afzalliklaridan samarali foydalanish kalitidir — uning "universal qo'llanilishi" ni ortiqcha baholash yoki uning "chegaralovchi tomonlarini" noto'g'ri tushunish kerak emas. Agar siz elektronika yoki ochiq osuvda uglerod tolasi kabi maxsus sohalardagi qo'llanilishini o'rganmoqchi bo'lsangiz, quyida izoh qoldiring!