Zgodovina ogljikovih vlaken

Zgodovina ogljikovih vlaken

Elektrika, žarnice, Edison in slanina

Ogljikova vlakna so bila prvič uporabljena leta 1860 za ustvarjanje loka med dvema naelektrenima prevodnima ogljikovima palicama. Elektrika je bila takrat nekakšna cirkuška predstava in ogljikova vlakna, kot so jih imenovali, niso imela prav nič opraviti z zagotavljanjem visoko zmogljivih funkcij, ki jih poznamo danes. Toda toplotna odpornost in električna prevodnost ogljikovih vlaken se uporabljata pri razsvetljavi in ​​tako pomagata najti gradnike, ki s "pirolizo" tvorijo ogljikova vlakna. Leta 1879 je Thomas Edison s pirolizo proizvedel nitke iz ogljikovih vlaken, ki so jih nato uporabili kot elektrode v prvi žarnici. Ti filamenti, pridobljeni iz nečistoč v žganih bombažnih in bambusovih vlaknih, so na koncu prava ogljikova vlakna, ki prevajajo elektriko.

Šele leta 1958 je fizik Roger Bacon izdelal prve visoko zmogljive brke iz ogljikovih vlaken s postopkom pirolize. S preučevanjem taljenja grafita pri visoki temperaturi in tlaku je Bacon odkril kemijo v ozadju heksagonalne strukture, ojačane z ogljikovimi vlakni. Ta z ogljikom bogata struktura se nato pomnoži, oblikuje v ploščo in neprekinjeno valja po vsej dolžini vlakna. Baconovi brki proizvajajo najbolj trda in najmočnejša vlakna, kar jih poznamo na svetu. Nekaj ​​let pozneje je Bacon izdelal komercialni izdelek z uporabo predhodnika na osnovi rajona. Mehanske možnosti ogljikovih vlaken se končno uveljavljajo. Vendar so bili proizvodni stroški tega odkritja astronomski. Da bi bil živ,

Pitch in Pan

V 70. letih so se domiselne lastnosti ogljikovih vlaken začele uresničevati v industrijskih okoljih. Leonard Singer je s preučevanjem karbonizacije materialov na osnovi nafte in premoga odkril ogljikova vlakna na osnovi "smole". Bitumen je katranu podobna snov, ki nastane s segrevanjem nafte (olja) v snov z visoko vsebnostjo ogljika. Z raztezanjem molekul smole in njihovo obdelavo pri visokih temperaturah se razporedijo v visoko kristalna ogljikova vlakna. Pojav ogljikovih vlaken na osnovi smole je prinesel ultra visok modul (togost) in visoko toplotno prevodnost, kar je vse potrebno za aplikacije, izpostavljene visokim temperaturam v letalu. Čeprav je obdelava zelo draga, se Singerjeva ogljikova vlakna na osnovi smole uporabljajo pri visokotemperaturnih aplikacijah.

Medtem je japonski znanstvenik Akio Shindo razširil raziskave o ogljikovih vlaknih na Japonskem z visoko čisto obliko poliakrilonitrila (PAN) na osnovi nafte. PAN, najpogostejši predhodnik ogljikovih vlaken danes, proizvaja visoko stopnjo kristaliničnosti v vlaknu, vendar je trši kot kadar koli v ogljikovih vlaknih na osnovi smole ali rajona. Shindov predhodni postopek PAN je tudi stroškovno učinkovitejši pri proizvodnji visokokakovostnih ogljikovih vlaken kot vlakna na osnovi smole ali rajona.

vstopite v mainstream

V osemdesetih in devetdesetih letih prejšnjega stoletja je globalni pogled na letalske in vesoljske aplikacije od vlade do komercialnih strank zdaj jasno priznan. To je povzročilo eksponentno rast možnosti ogljikovih vlaken za te industrije. To je posledica dejstva, da občutno zmanjšanje teže letala povzroči večjo zmogljivost in učinkovitost porabe goriva letala in celo komponent motorja. Inženirji so začeli delati na lažjih, močnejših in hitrejših konceptih. Nadomestni deli so zdaj oblikovani z uporabo materiala iz ogljikovih vlaken, da nadomestijo dele iz zlitin na osnovi jekla in aluminija. Vendar pa so ogljikova vlakna material, ki ga je težko obdelati v primerjavi s subtraktivnimi metodami obdelave, ki so bile nekoč znane pri izdelavi kovin. S časom, porabljenim za učenje in razumevanje metod izdelave ogljikovih vlaken, se je število kovinskih delov zmanjšalo in postalo manj pogosto v vsakem na novo zasnovanem letalu. Z napredovanjem proizvodnih metod napreduje tudi proizvodnja samih vlaken. Vse to je povzročilo razcvet te oblike črnega zlata, kar je povzročilo večje povpraševanje.

Zaradi izboljšanih proizvodnih in predelovalnih lastnosti se ogljikova vlakna zdaj široko uporabljajo na industrijskih področjih po vsem svetu. Stalno povečevanje višje vsebnosti ogljika, pri čemer nekateri presegajo 90 odstotkov ogljika, ima prednosti povečane trdnosti, hkrati pa je stroškovno učinkovitejše za trg. Zaradi izboljšav v tehniki in nadzoru procesov se je stroškovni faktor ogljikovih vlaken znatno znižal. Uporaba ogljikovih vlaken je presegla aplikacije v vesolju in je zdaj izvedljiva rešitev za vse več industrij, vključno z motošportom, čolnarjenjem, športnimi izdelki, gradbeništvom in celo pohištvom. Pred petdesetimi leti nihče ni pomislil, da bi imel mizo iz ogljikovih vlaken. Tudi proizvodnja toliko surovih ogljikovih vlaken bi stala milijone dolarjev. Danes je uporaba ogljikovih vlaken omejena le na našo človeško domišljijo.