Что такое углеродные волокна?
Углеродные волокна представляют собой графитоподобные длинноцепочечные углеродные единицы, имеющие сетчатую структуру. Длинноцепочечные сетевые единицы углерода возникают из-за свойства катенации атомов углерода, то есть связи атомов одного и того же элемента.
Томасу Эльве Эдисону приписывают создание первой углеродной нити для испытаний электрической нити лампочки с использованием натурального хлопка.
Прекурсоры — это сырьевые элементы, используемые при производстве углеродных волокон.
Как производится углеродное волокно?
Большая часть углеродного волокна производится методом полиакрилонитрила или ПАН. В процессе лист волокна подвергается такому сильному нагреву, что почти все, кроме самого углерода, сгорает.
Этапы производства обычных углеродных волокон:
1. Полимеризация. Чтобы получить длинноцепочечный полимер, полимеризуют предшественник.
2. Прядение. После этого полимер прядут в длинные волокна. Обычно используются химические и механические методы.
3: Окисление: волокно стабилизируется путем нагревания его на воздухе. Он поглощает кислород из воздуха и подвергается сложному процессу атомной перегруппировки для стабилизации волокна.
4. Карбонизация. В отсутствие кислорода высокотемпературная обработка окисленного и стабилизированного волокна способствует потере неуглеродных атомов, в результате чего получается плотно упакованное углеродное волокно.
5. Обработка поверхности: карбонизированные волокна имеют плохую адгезионную способность, что затрудняет их соединение с эпоксидными смолами для получения композита. Чтобы приобрести эту связывающую способность, поверхность обрабатывают соответствующими химическими веществами.
6: Калибровка: для защиты волокна покрыты эпоксидной смолой, нейлоном, полиэстером и другими материалами. Это называется калибровкой.
Затем необработанный лист углеродного волокна объединяется с другими металлами (важная часть понимания проводимости углеродного волокна), а полученное соединение обрабатывается и калибруется с помощью химических процессов.
Процесс трудоемкий и, следовательно, дорогостоящий.
СВЯЗАННЫЕ С: 5 забавных способов использования листов из углеродного волокна
Является ли углеродное волокно проводящим само по себе?
Нет, углеродное волокно не является слишком проводящим, если оно не соединено ни с чем другим, ни с точки зрения теплопроводности, ни с точки зрения электропроводности.
Что касается теплопроводности (способности проводить тепло), углеродное волокно находится на среднем уровне. Относительно высококачественное углеродное волокно имеет примерно такую же теплопроводность, как и кремний, и даже самое современное углеродное волокно имеет меньшую проводимость, чем алюминий.
Обычное старое углеродное волокно немного лучше проводит электропроводность, хотя оно все еще не такое проводящее, как большинство металлов. Когда углеродное волокно используется в качестве электрического проводника, лучше всего модифицировать его, переплетая его с другими металлами или создавая более электропроводящий аллотроп углерода, такой как алмаз или графит.
Как мы можем сделать углеродное волокно более проводящим?
Чтобы увеличить электропроводность, углеродное волокно после изоляции следует обработать другими материалами. Лучшими соединениями для сочетания с углеродным волокном для увеличения проводимости являются латекс для ионной проводимости (через жидкость) и микрокремнезем для электронной проводимости (через твердое тело).
Существуют аллотропы углерода, которые проводят тепло намного лучше, чем алмаз из углеродного волокна --, в частности, проводят тепло в 100 раз эффективнее, чем простое углеродное волокно. Создать эти аллотропы далеко не просто, но существуют процессы, включающие давление, тепло и другие химические реакции, которые делают преобразования возможными. Если углеродное волокно обработать этими аллотропами углерода, когда они готовы, теплопроводность углеродного волокна может увеличиться во много раз.
Итак, является ли углеродное волокно проводящим? Не так уж и много в его базовом состоянии, но это можно легко изменить с помощью небольшого количества науки.
СВЯЗАННЫЕ С: Для чего используется пленка из углеродного волокна?
Является ли углеродное волокно проводящим по сравнению с металлом?
Не само по себе, нет. Однако при обработке другими металлами это так.
Само по себе углеродное волокно не является хорошим проводником электричества по сравнению с металлом. Фактически, большинство металлов проводят электричество примерно в 1000 раз лучше, чем простое углеродное волокно. Даже при обработке другими материалами углеродное волокно по-прежнему не так хорошо проводит электричество, как металл. Такие металлы, как серебро, алюминий и медь, особенно хорошо проводят электричество, при этом примерно в 100 раз быстрее, чем углеродное волокно, обработанное хорошими проводниками электричества.
Проведение тепловой энергии – это отдельная история. При правильном изготовлении и правильном обращении углеродное волокно на самом деле более теплопроводно, чем металл с высокой проводимостью, такой как медь.
Каково использование проводящего углеродного волокна?
Обработанное углеродное волокно используется в предметах роскоши, таких как шлемы и чемоданы, которые отличаются легкостью и долговечностью. Но проводимость углеродного волокна проявляется и в более промышленных целях, таких как облицовка контейнеров в инженерных и аэрокосмических проектах.
Наука все еще работает над улучшением электропроводности углеродного волокна. Ожидается, что из-за его высочайшей долговечности, термостойкости, легкого веса и небольшого размера по сравнению с такими вещами, как металлические провода, изделия из углеродного волокна будут гораздо чаще использоваться в качестве проводников.
Углеродное волокно обладает множеством удивительных качеств. Одним из них являются его удивительные способности в качестве теплового или электрического проводника при обработке другими металлокомпозитами.
