Čo sú uhlíkové vlákna?
Uhlíkové vlákna sú uhlíkové jednotky s dlhým reťazcom podobné grafitu, ktoré majú sieťovanú štruktúru. Zosieťované jednotky uhlíka s dlhým reťazcom sa vyskytujú v dôsledku katenačnej vlastnosti atómov uhlíka, tj spojenia atómov podobného prvku.
Thomas Elva Edison sa zaslúžil o vytvorenie prvého uhlíkového vlákna na testovanie v elektrickom vlákne žiarovky s použitím prírodnej bavlny.
Prekurzory sú surové prvky používané pri výrobe uhlíkových vlákien.
Ako sa vyrába uhlíkové vlákno?
Väčšina uhlíkových vlákien je vyrobená procesom nazývaným polyakrylonitril alebo PAN. V tomto procese je vláknitý list vystavený takému vysokému teplu, že takmer všetko okrem samotného uhlíka sa spáli.
Kroky na výrobu normálnych uhlíkových vlákien:
1: Polymerizácia: Na výrobu polyméru s dlhým reťazcom sa prekurzor polymerizuje.
2: Spriadanie: Potom sa polymér spriada na dlhé vlákna. Bežne sa používajú chemické a mechanické postupy.
3: Oxidácia: Vlákno sa stabilizuje zahrievaním na vzduchu. Absorbuje kyslík zo vzduchu a prechádza sofistikovaným procesom atómového preskupenia, aby sa vlákno stabilizovalo.
4: Karbonizácia: V neprítomnosti kyslíka napomáha vysokoteplotné spracovanie oxidovaného a stabilizovaného vlákna k strate neuhlíkových atómov, výsledkom čoho je tesne zbalené uhlíkové vlákno.
5: Povrchová úprava: Karbonizované vlákna majú slabé lepiace schopnosti, čo sťažuje ich zlúčenie s epoxidovými živicami na vytvorenie kompozitu. Na získanie tejto väzbovej schopnosti je povrch ošetrený vhodnými chemikáliami.
6: Veľkosť: Na ochranu sú vlákna potiahnuté epoxidom, nylonom, polyesterom a inými materiálmi. Toto sa označuje ako dimenzovanie.
Surový plech z uhlíkových vlákien sa potom zlúči s inými kovmi (dôležitá súčasť pochopenia vodivosti uhlíkových vlákien) a výsledná zlúčenina sa upraví a upraví pomocou chemických procesov.
Proces je hĺbkový, a preto drahý.
SÚVISIACE: 5 zábavných použití dosiek z uhlíkových vlákien
Je uhlíkové vlákno samo o sebe vodivé?
Nie, uhlíkové vlákno nie je príliš vodivé, ak nie je kombinované s ničím iným, ani z hľadiska tepelnej, ani elektrickej vodivosti.
Pokiaľ ide o tepelnú vodivosť (schopnosť viesť teplo), uhlíkové vlákna sú priemerné. Pomerne kvalitné uhlíkové vlákno má asi takú tepelnú vodivosť ako kremík a dokonca aj špičkové uhlíkové vlákno má menšiu vodivosť ako hliník.
Obyčajné staré uhlíkové vlákno je o niečo lepšie, pokiaľ ide o elektrické vedenie, aj keď stále nie je také vodivé ako väčšina kovov. Keď sa používa ako elektrický vodič, je najlepšie upraviť uhlíkové vlákno jeho prepletením s inými kovmi alebo vytvorením elektricky vodivejšieho uhlíkového allotropu, ako je diamant alebo grafit.
Ako môžeme zvýšiť vodivosť uhlíkových vlákien?
Na zvýšenie elektrickej vodivosti by sa uhlíkové vlákno malo po izolácii ošetriť inými materiálmi. Najlepšie zlúčeniny na kombinovanie s uhlíkovými vláknami na zvýšenie vodivosti sú latex pre iónovú vodivosť (cez kvapalinu) a kremičitý úlet pre elektrónovú vodivosť (cez tuhú látku).
Existujú uhlíkové alotrópy, ktoré vedú teplo oveľa lepšie ako uhlíkové vlákno -- diamant, konkrétne vedie teplo až 100x efektívnejšie ako obyčajné uhlíkové vlákno. Vytvorenie týchto alotropov nie je ani zďaleka jednoduché, ale existujú procesy zahŕňajúce tlak, teplo a iné chemické reakcie, ktoré umožňujú transformáciu. Ak je uhlíkové vlákno ošetrené týmito uhlíkovými allotropmi, keď sú pripravené, tepelná vodivosť uhlíkového vlákna sa môže mnohonásobne zvýšiť.
Je teda uhlíkové vlákno vodivé? Nie až tak v základnom stave, ale to sa môže s trochou vedy ľahko zmeniť.
SÚVISIACE: Na čo sa používa zábal z uhlíkových vlákien?
Je uhlíkové vlákno vodivé v porovnaní s kovom?
Nie sám od seba, nie. Pri ošetrení inými kovmi však áno.
Samotné uhlíkové vlákno nie je v porovnaní s kovom veľkým vodičom elektriny. V skutočnosti väčšina kovov vedie elektrinu približne 1000-krát, rovnako ako obyčajné uhlíkové vlákno. Aj keď sú uhlíkové vlákna ošetrené inými materiálmi, stále nie sú také dobré ako kov, pokiaľ ide o vedenie elektriny. Kovy ako striebro, hliník a meď sú obzvlášť dobré pri vedení elektriny, stále asi 100x rýchlejšie ako uhlíkové vlákna ošetrené dobrými elektrickými vodičmi.
Vedenie tepelnej energie je iný príbeh. Keď sú uhlíkové vlákna dobre vyrobené a správne spracované, sú v skutočnosti tepelne vodivé ako vysoko vodivé kovy, ako je meď.
Aké sú využitie vodivého uhlíkového vlákna?
Ošetrené uhlíkové vlákna sa používajú v luxusných výrobkoch, ako sú prilby a batožina, ktoré ťažia z toho, že sú ľahké a odolné. Ale vodivosť uhlíkových vlákien žiari v priemyselnejších použitiach, ako je vlečka kontajnerov v inžinierskych a leteckých projektoch.
Veda stále pracuje na zlepšení elektrickej vodivosti uhlíkových vlákien. Očakáva sa, že vďaka svojej najvyššej trvanlivosti, tepelnej odolnosti, nízkej hmotnosti a malej veľkosti v porovnaní s vecami, ako sú kovové drôty, sa produkty z uhlíkových vlákien budú v budúcnosti používať oveľa viac ako vodiče.
Uhlíkové vlákno má mnoho úžasných vlastností. Jedným z nich sú jeho úžasné schopnosti ako tepelného alebo elektrického vodiča pri spracovaní inými kovovými kompozitmi.
