Kohlefaser: Eigenschaften, Foto, Gewinnung, Verwendung

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Fortgeschrittene Industrien und das Bauwesen haben in letzter Zeit viele grundlegend neue Technologien gemeistert, von denen die meisten mit innovativen Materialien verbunden sind. Ein normaler Benutzer könnte die Manifestation dieses Prozesses am Beispiel von Baumaterialien unter Einbeziehung von Verbundwerkstoffen bemerken. Auch in der Automobilindustrie werden Carbonelemente eingeführt, die die Leistung von Sportwagen steigern. Und das sind noch nicht alle Bereiche, in denen Kohlefaser zum Einsatz kommt. Die Basis für diese Komponente sind Kohlenstofffasern, von denen ein Foto unten dargestellt ist. Tatsächlich liegt die Einzigartigkeit und aktive Verbreitung von Verbundwerkstoffen der neuen Generation in den unübertroffenen technischen und physikalischen Eigenschaften.

Produktionstechnik

Für die Materialherstellung werden Rohstoffe in Form von Natur- oder Chemiefasern organischen Ursprungs verwendet. Außerdem bleiben durch eine spezielle Bearbeitung nur Kohlenstoffatome vom ursprünglichen Werkstück übrig. Die Haupteinflusskraft ist die Temperatur. Der technologische Prozess beinh altet die Durchführung mehrerer Stufen der Wärmebehandlung. In der ersten Stufe wird die Primärstruktur unter Temperaturbedingungen bis 250 °C oxidiert. Auf der nächstenAuf der Stufe geht die Herstellung von Carbonfasern in den Karbonisierungsprozess über, wodurch das Material in einer Stickstoffumgebung bei hohen Temperaturen bis zu 1500 °C erhitzt wird. Somit wird eine graphitähnliche Struktur gebildet. Der gesamte Herstellungsprozess wird durch eine Endbehandlung in Form einer Graphitisierung bei 3000 °C abgeschlossen. In diesem Stadium erreicht der Geh alt an reinem Kohlenstoff in den Fasern 99 %.

Wo wird Kohlefaser verwendet?

Wurde das Material in den ersten Jahren der Popularisierung ausschließlich in hochspezialisierten Bereichen eingesetzt, findet heute eine Ausweitung der Produktion statt, in der diese Chemiefaser Verwendung findet. Das Material ist recht plastisch und heterogen in Bezug auf die Verwertungsmöglichkeiten. Mit hoher Wahrscheinlichkeit wird sich der Anwendungsbereich solcher Fasern erweitern, aber heute haben sich die Grundtypen der Materialpräsentation auf dem Markt herausgebildet. Besonders hervorzuheben sind die Bauindustrie, die Medizin, die Herstellung von Elektrotechnik, Haush altsgeräte usw. Als Spezialgebiete ist der Einsatz von Kohlenstofffasern nach wie vor relevant für Hersteller von Flugzeugausrüstung, medizinischen Elektroden und radarabsorbierenden Materialien.

Produktionsformen

Zunächst handelt es sich um hitzebeständige Textilprodukte, unter denen wir Stoffe, Fäden, Strickwaren, Filz usw. unterscheiden können. Eine technologischere Richtung ist die Herstellung von Verbundwerkstoffen. Vielleicht ist dies das breiteste Segment, in dem Kohlefaser als Basis für Produkte für die Serienproduktion vertreten ist. Produktion. Dies sind insbesondere Lager, hitzebeständige Einheiten, Teile und verschiedene Elemente, die in aggressiven Umgebungen arbeiten. Verbundwerkstoffe konzentrieren sich hauptsächlich auf den Automobilmarkt, aber auch die Bauindustrie ist bereit, neue Vorschläge von Herstellern dieser Chemiefaser in Betracht zu ziehen.

Materialeigenschaften

Die Besonderheiten der Technologie zur Gewinnung des Materials haben ihre Spuren in der Leistung der Fasern hinterlassen. Infolgedessen ist eine hohe thermische Stabilität zum Hauptunterscheidungsmerkmal der Struktur solcher Produkte geworden. Neben thermischen Einflüssen ist das Material auch beständig gegen chemisch aggressive Umgebungen. Stimmt, wenn während des Oxidationsprozesses beim Erhitzen Sauerstoff vorhanden ist, wirkt sich dies nachteilig auf die Fasern aus. Aber die mechanische Festigkeit von Kohlefaser kann mit vielen traditionellen Materialien konkurrieren, die als hart und widerstandsfähig gegen Beschädigungen gelten. Diese Qualität ist bei Carbonprodukten besonders ausgeprägt. Eine weitere Eigenschaft, die von Technologen verschiedener Produkte nachgefragt wird, ist die Fähigkeit zur Absorption. Aufgrund der aktiven Oberfläche kann diese Faser als effizientes katalytisches System betrachtet werden.

Produzenten

Führer des Segments sind amerikanische, japanische und deutsche Unternehmen. Russische Technologien in diesem Bereich haben sich in den letzten Jahren praktisch nicht entwickelt und basieren immer noch auf den Entwicklungen der Sowjetzeit. Bis heute die HälfteDie weltweit produzierten Fasern entfallen auf die japanischen Firmen Mitsubishi, Kureha, Teijin ua, den anderen Teil teilen sich Deutsche und Amerikaner. Die US-Seite ist zum Beispiel Cytec, und in Deutschland wird Kohlefaser von SGL produziert. Vor nicht allzu langer Zeit wurde das taiwanesische Unternehmen Formosa Plastics in die Liste der führenden Unternehmen in diesem Bereich aufgenommen. In Bezug auf die inländische Produktion sind nur zwei Unternehmen an der Entwicklung von Verbundwerkstoffen beteiligt - Argon und Khimvolokno. Gleichzeitig haben belarussische und ukrainische Unternehmer in den letzten Jahren bedeutende Erfolge erzielt und neue Nischen für die kommerzielle Nutzung von Kohlenstofffasern erschlossen.

Die Zukunft der Kohlefaser

Da einige CFK-Typen bald die Herstellung von Produkten ermöglichen werden, die ihre ursprüngliche Struktur über Millionen von Jahren beibeh alten können, prognostizieren viele Experten eine Überproduktion solcher Produkte. Trotzdem rennen interessierte Unternehmen weiter um technologische Upgrades. Und das ist weitgehend gerechtfertigt, denn die Eigenschaften von Carbonfasern sind denen herkömmlicher Materialien um eine Größenordnung überlegen. Es reicht aus, sich an die Festigkeit und Hitzebeständigkeit zu erinnern. Basierend auf diesen Vorteilen erkunden Entwickler neue Entwicklungsbereiche. Die Einführung des Materials wird höchstwahrscheinlich nicht nur spezialisierte Bereiche, sondern auch Bereiche in der Nähe des Massenverbrauchers umfassen. Beispielsweise können herkömmliche Kunststoff-, Aluminium- und Holzelemente durch Kohlefaser ersetzt werden, die herkömmliche Materialien in einer Reihe von Leistungsqualitäten übertrifft.

Schlussfolgerung

Viele Faktoren verhindern eine breite Einführung innovativer Chemiefasern. Einer der wichtigsten sind die hohen Kosten. Da für die Herstellung von Kohlenstofffasern der Einsatz von High-Tech-Geräten erforderlich ist, kann sich nicht jedes Unternehmen diese leisten. Aber das ist nicht das Wichtigste. Tatsache ist, dass nicht alle Hersteller an solch radikalen Änderungen der Produktqualität interessiert sind. Während der Hersteller also die H altbarkeit eines Elements der Infrastruktur erhöht, kann er nicht immer ein ähnliches Upgrade an angrenzenden Komponenten durchführen. Das Ergebnis ist ein Ungleichgewicht, das alle Errungenschaften neuer Technologien zunichte macht.