Los productos de fibra de carbono están ampliamente extendidos en nuestras vidas. La fibra de carbono es un buen material para fabricar muchas necesidades diarias. Entonces, ¿qué es la fibra de carbono? ¿Cuáles son las características de la fibra de carbono? ¿Cuáles son las ventajas de la fibra de carbono respecto a otros materiales habituales?
De hecho, existen muchos tipos de fibra de carbono. Entonces, ¿cuáles son las categorías de fibra de carbono? ¿Cuáles son las ventajas y características de las distintas categorías?
¿Qué es la fibra de carbono?
La fibra de carbono (CF para abreviar) es un nuevo tipo de material de fibra con fibra de alta resistencia y alto módulo con un contenido de carbono de más del 95%. Es un material de grafito microcristalino que se obtiene carbonizando y grafitizando fibras orgánicas, como microcristales de grafito en escamas, apilados a lo largo de la dirección axial de la fibra. La fibra de carbono es "suave por fuera y dura por dentro". Es más ligero que el aluminio metálico, pero su resistencia es mayor que la del acero. Tiene las características de resistencia a la corrosión y alto módulo. Es un material importante en la defensa nacional, la industria militar y el uso civil. No sólo tiene las características intrínsecas inherentes de los materiales de carbono, sino que también tiene la suavidad y procesabilidad de las fibras textiles. Es una nueva generación de fibra de refuerzo.
La fibra de carbono tiene muchas propiedades excelentes. La fibra de carbono tiene alta resistencia y módulo axial, baja densidad, alto rendimiento específico, sin fluencia, resistencia a temperaturas ultra-altas en ambientes no-oxidantes, buena resistencia a la fatiga, calor específico y conductividad entre metales no-y metales, pequeño coeficiente de expansión térmica y anisotropía, buena resistencia a la corrosión y buena transmitancia de rayos X-. Buena conductividad eléctrica y térmica, buen blindaje electromagnético, etc. En comparación con la fibra de vidrio tradicional, la fibra de carbono tiene un módulo de Young de más de 3 veces mayor que el de la fibra de vidrio tradicional y, en comparación con la fibra de Kevlar, su módulo de Young es aproximadamente 2 veces mayor que el de la fibra de vidrio tradicional. Es insoluble y no se hincha en disolventes orgánicos, ácidos y álcalis, y tiene una excelente resistencia a la corrosión. ¿Cuáles son las categorías de fibra de carbono? La fibra de carbono se puede dividir en fibra de carbono a base de poliacrilonitrilo-, fibra de carbono 1K-tubo fabricado con asfalto-fibra de carbono a base de viscosa-, fibra de carbono a base de fenólico-y fibra de carbono cultivada con vapor-según la fuente de materias primas. Se puede dividir en fibra de carbono de uso general-, de alta-resistencia, de módulo medio-de alta-resistencia, de modelo alto-y de modelo ultra-alto-según el rendimiento, y se puede dividir en filamento, fibra corta y fibra de corte-corto según el estado. Según sus propiedades mecánicas, se puede dividir en tipos de-propósito general y de alto-rendimiento. La resistencia de la fibra de carbono de uso general es de 1000 MPa y el módulo es de aproximadamente 100 GPa. La fibra de carbono de alto-rendimiento se divide en tipo de alta-resistencia (resistencia 2000 MPa, módulo 250 GPa) y tipo alto (módulo 300 GPa o más). La resistencia superior a 4000 MPa también se denomina tipo de resistencia ultra-alta; Un módulo superior a 450 GPa se denomina modelo ultra-alto.
Con el desarrollo de las industrias aeroespacial y de aviación, también ha aparecido fibra de carbono de alta-resistencia y alta-resistencia, con un alargamiento superior al 2%. La más utilizada es la fibra de carbono a base de poliacrilonitrilo PAN-.
Más del 90 % de las fibras de carbono del mercado son principalmente fibras de carbono basadas en PAN-.
Debido a que el misterioso velo de fibra de carbono no ha sido completamente desvelado, la gente no puede utilizar directamente carbono o grafito para fabricarlo. Solo pueden utilizar algunas fibras orgánicas que contengan carbono- (como nailon, acrílico, rayón, etc.) como materia prima y combinar fibras orgánicas con resinas plásticas para carbonizarlas y producir fibras de carbono.
Fibra de carbono a base de PAN-
El proceso de producción de fibra de carbono a base de PAN- incluye principalmente dos procesos: producción de precursores y carbonización de precursores: primero, a través de una serie de procesos como la polimerización e hilado de acrilonitrilo, se procesa en fibra de poliacrilonitrilo o precursor llamado "madre", y estos precursores se colocan en un horno de oxidación para su oxidación a 200 a 300 grados C, y luego en un horno de carbonización, la carbonización y otros procesos se realizan a una temperatura de 1000 a 300 grados C. 2000 grados C para fabricar fibra de carbono.
Fibra de carbono a base de asfalto-
Estados Unidos inventó el asfalto mesofásico de metal base que contiene fibra de carbono a base de asfalto textil-. Una vez estabilizado y carbonizado el precursor, la resistencia a la tracción de la fibra de carbono es de 3,5 G Pa y el módulo es de 252 G Pa; Francia ha desarrollado fibra de carbono a base de asfalto mesofásico-altamente conductivo y resistente al calor-y Polonia ha desarrollado un nuevo método para fibra de carbono recubierta de metal-. Por ejemplo, la fibra de carbono a base de-asfalto-recubierta de cobre se fabrica mediante un método de mezcla. En primer lugar, se mezcla sal de cobre con alquitrán de hulla isotrópico, se realiza un hilado centrífugo, se estabiliza en aire y se trata en hidrógeno a alta-temperatura para obtener una aleación de fibra de cobre y carbono. La capacidad de producción mundial de fibra de carbono basada en asfalto-es relativamente pequeña. La investigación y el desarrollo nacionales de fibra de carbono basada en asfalto-comenzaron antes, pero existe una gran brecha en el desarrollo, la producción y la aplicación en comparación con los países extranjeros.
La fibra de carbono se divide en dos categorías según las diferentes especificaciones del producto: grado aeroespacial y grado industrial, también conocidos como remolque pequeño y remolque grande. La fibra de carbono por encima de 48K generalmente se denomina fibra de carbono de remolque grande, incluidas 360K y 480K. La fibra de carbono de grado aeroespacial- era principalmente de 3K en la etapa inicial y gradualmente se convirtió en 12K y 24K. Se utiliza principalmente en la defensa nacional, la industria militar y la alta tecnología, así como en productos deportivos y de ocio, como aviones, misiles, cohetes, satélites, cañas de pescar, mazas y raquetas. La fibra de carbono de grado industrial-se utiliza en diferentes industrias civiles, entre ellas: textil, medicina y salud, electromecánica, ingeniería civil, transporte y energía.
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