Көміртекті талшық пластиктің бір түрі ме?

Көміртекті талшық дегеніміз не?

Көміртекті талшық – негізінен көміртек атомдарынан тұратын өте жұқа жіптерден жасалған жетілдірілген инженерлік материал. Әрбір жіптің диаметрі әдетте 5–10 микрон, бұл адам шашынан жұқа. Мыңдаған осы жіптер көміртекті талшықты жасау үшін біріктірілген, содан кейін оны матаға тоқуға немесе композиттік өндірісте қолдануға болады.

Көптеген коммерциялық көміртекті талшықтар полиакрилонитрил (PAN) деп аталатын прекурсордан өндіріледі. Өндіріс процесі прекурсорлық талшықтарды күшті көміртекті жіптерге айналдыратын бірнеше күрделі кезеңдерді қамтиды.

Әдеттегі процесс мыналарды қамтиды:

Осы қадамдардан кейін талшықтар керемет механикалық қасиеттерге қол жеткізеді.

Меншік	Типтік мән
Тығыздығы	~1,7–1,9 г/см⊃3;
Созылу күші	7 GPa дейін
Серпімді модуль	600 GPa дейін
Күш пен салмақ қатынасы	Өте жоғары

Осы сипаттамаларға байланысты көміртекті талшық жоғары беріктік пен төмен салмақ маңызды болып табылатын озық композиттік құрылымдарда арматуралық материал ретінде кеңінен қолданылады.

Композиттік материалдардағы 'Пластик' нені білдіреді?

Күнделікті пайдалануда пластик әдетте полиэтилен, полипропилен немесе ABS сияқты жалпы материалдарға жатады. Бұл материалдар буып-түюде, халық тұтынатын тауарларда және пішінделген бұйымдарда кеңінен қолданылады.

Алайда композиттік өндірісте 'пластик' сөзі әдетте композитте матрицалық материал ретінде әрекет ететін полимерлі шайырларға қатысты.

Жалпы шайырларға мыналар жатады: Көміртекті талшықпен қолданылатын

Эпоксидті шайыр – аэроғарыштық және жоғары өнімді құрылымдарда кеңінен қолданылады

Полиэфир шайыры – теңізде және жалпы композиттік қолданбаларда жиі қолданылады

Винил эфир шайыры - жақсы коррозияға төзімділігімен танымал

Термопластикалық шайырлар – озық өндіріс процестерінде қолданылады

Бұл шайырлар бірнеше маңызды рөл атқарады:

Талшықтарды тұтас құрылымға біріктіру

Жеке талшықтар арасындағы жүктерді тасымалдау

Талшықтарды ылғалдан, химиялық заттардан және қоршаған ортаның зақымдануынан қорғау

Компоненттің соңғы пішінін беру

Шайырсыз көміртекті маталар немесе байламдар қатты құрылымдық бөліктерді құра алмайды.

Көміртекті талшық пен пластик композиттерде қалай бірге жұмыс істейді

Көміртекті талшық пен шайыр композиттік материалда әртүрлі, бірақ бір-бірін толықтыратын функцияларды орындайды.

Көміртекті талшықтардың өзі ұзындығы бойынша өте күшті, бірақ тірексіз пішінді ұстай алмайды. Шайыр матрицасы талшықтарды қоршап, оларды орнына бекітіп, материалдың бір құрылымдық компонент ретінде әрекет етуіне мүмкіндік береді.

Біріктірілген кезде олар ең көп қолданылатын жоғары өнімді композиттік материалдардың бірі болып табылатын көміртекті талшықты күшейтілген полимерді құрайды.

Бұл құрылымда:

Көміртекті талшық пен пластик: негізгі айырмашылықтар

Көміртекті талшықты композиттерде полимерлі шайыр болғанымен, көміртекті талшықтың өзі кәдімгі пластикалық материалдардан түбегейлі ерекшеленеді.

Ерекшелік	Көміртекті талшық	Пластмасса
Материал түрі	Арматуралық талшық	Полимерлі материал
Күш	Өте жоғары	Орташа
Қаттылық	Өте жоғары	Әдетте төмен
Салмағы	Өте жеңіл	Жарық
Ыстыққа төзімділік	Жоғары	Көбінесе төмен
Құрылымдық мүмкіндік	Өте жақсы	Шектеулі

Осы айырмашылықтарға байланысты көміртекті талшықты композиттер қарапайым пластмассалар жеткілікті құрылымдық өнімділікті қамтамасыз ете алмайтын қолданбаларда қолданылады.

Неліктен көміртекті талшықты пластик деп жиі қателеседі?

Көптеген адамдар болжайды Көміртекті талшықтар көміртекті талшық өнімдерінің сыртқы түріне және олардың қалай өндірілетініне байланысты пластик болып табылады.

Мұның бір себебі - беткі көрініс. Көміртекті талшық компоненттері көбінесе пішінделген пластикке ұқсайтын тегіс, жылтыр беті бар. Бұл әсіресе тұтыну өнімдерінде жиі кездеседі.

Тағы бір себебі шайырдың құрамы. Полимерлі шайырлар композиттік өндіріс кезінде қолданылатындықтан, адамдар кейде бүкіл материалды пластик деп санайды.

Көміртекті талшықты композиттердің пластмассамен салыстырғандағы артықшылықтары

Көміртекті талшықты композиттер дәстүрлі пластикалық материалдардан бірнеше артықшылықтар береді.

Күш пен салмақ қатынасы

Көміртекті талшықты композиттер аэроғарыш және автомобиль жасау сияқты салаларда маңызды болып табылатын төмен салмақты сақтай отырып, айтарлықтай жоғары беріктікті қамтамасыз ете алады.

Жақсырақ қаттылық

Көміртекті талшықты материалдар көптеген пластмассаларға қарағанда әлдеқайда қатты, бұл инженерлерге шамадан тыс деформациясыз жеңіл құрылымдарды жобалауға мүмкіндік береді.

Жақсартылған шаршауға төзімділік

Көміртекті талшықты композиттер көптеген пластмассаларға қарағанда қайталанатын кернеу циклдарына төтеп бере алады, бұл оларды құрылымдық қолдану үшін қолайлы етеді.

Тамаша коррозияға төзімділік

Металдардан айырмашылығы, көміртекті талшықты композиттер тот баспайды және теңізде немесе химиялық агрессивті ортада жақсы жұмыс істейді.

Осы артықшылықтардың арқасында көміртекті талшықты композиттер жоғары өнімді инженерлік қосымшалардағы дәстүрлі материалдарды көбірек ауыстырады.

Көміртекті талшықты композиттердің жалпы қолданулары

Күш пен салмақ арақатынасының арқасында көміртекті талшықты композиттер көптеген озық салаларда кеңінен қолданылады.

Типтік қолданбаларға мыналар жатады:

Аэроғарыш

ұшақтың құрылымдық бөліктері

спутниктік құрылымдар

жоғары өнімді ішкі бөлшектер

Автокөлік

жеңіл дене панельдері

өнімділік шасси компоненттері

құрылымдық күшейтулер

Теңіз

қайық корпустары

діңгектер мен құрылымдық ламинаттар

коррозияға төзімді компоненттер

ҰАО және дрондар

жеңіл жақтаулар

құрылымдық қарулар

қаттылығы жоғары панельдер

Бұл салалар жеңіл салмақты, жоғары беріктік пен ұзақ мерзімді төзімділікті біріктіретін материалдарды талап етеді, бұл көміртекті талшық композиттерін тамаша шешім етеді.

Қорытынды

Көміртекті талшық пластиктің түрі емес. Бұл негізінен кристалдық құрылымда орналасқан көміртек атомдарынан жасалған жоғары берік арматуралық талшық.

Дегенмен, көміртекті талшық өнімдерінің көпшілігі бұл талшықтарды полимерлі шайырлармен біріктіріп, ерекше механикалық өнімділікті ұсынатын композиттік материал болып табылатын көміртекті талшықты күшейтілген полимерді құрайды.

Көміртекті талшықтардың беріктігін полимерлі шайырлардың әмбебаптығымен үйлестіре отырып, өндірушілер аэроғарыш пен автомобильден бастап теңіз техникасы мен UAV өндірісіне дейінгі салаларда қолданылатын жеңіл, берік компоненттер жасай алады.