מאפיינים, יישום ופיתוח של סיבי פחמן

מאפיינים, יישום ופיתוח של סיבי פחמן

1.מאפיינים ותכונות של סיבי פחמן

 חומרי סיבי פחמן הם שחורים, קשים, חוזק גבוה, קל משקל וחומרים חדשים אחרים עם תכונות מכניות מצוינות.המשקל הסגולי שלו הוא פחות מ-1/4 מפלדה.חוזק המתיחה של חומרים מרוכבים שרף סיבי פחמן הוא בדרך כלל מעל 35000MPa, פי 7.9 מזה של פלדה.מודול הגמישות של המתיחה הוא בין 230000MPa ל-430000MPa.לכן, החוזק הספציפי של CFRP, כלומר היחס בין חוזק החומר לצפיפות שלו, הוא מעל 20000MPa/(g/cm3), אך החוזק הספציפי של פלדת A3 הוא 590MPa/(g/cm3) הספציפי מודול האלסטי גבוה גם מזה של פלדה.ככל שהחוזק הספציפי של החומר גבוה יותר, משקלו העצמי של החלק קטן יותר, מודול האלסטי הספציפי גבוה יותר, כך קשיחות החלק גדולה יותר.במובן זה, מומחש סיכוי היישום הרחב של סיבי פחמן בהנדסה.בהסתכלות על התכונות המצוינות של חומרים מרוכבים רבים המתעוררים, כגון חומר סיבי זכוכית פולימרי מורכב, חומרים מרוכבים על בסיס מתכת וחומרים מרוכבים על בסיס קרמיקה, מומחים רבים צופים כי חומרים מרוכבים יכנסו לעידן של יישום חומרים נרחב מעידן הפלדה.

PAN סיבי פחמן ופיברגלס חומרים מרוכבים:

(1) תכונות מכניות, צפיפות נמוכה יותר ממתכת, משקל קל;מודולוס גבוה, קשיחות גבוהה, חוזק גבוה, חוזק עייפות גבוה, עמידות בלאי וסיכה מעולה;הנחתת רטט מעולה;

(2) עמידות בחום קטנה, יציבות, מקדם התפשטות תרמית, יציבות ממדית טובה, מוליכות תרמית;עמידות בחום מעולה בגז אינרטי;

(3) הוא שייך למגוון חומרים מוליכים בעלי תכונות מוליכות חשמלית ותכונות מיגון גלים אלקטרומגנטיים, ותכונות מוליכות חשמלית וסיכוך גלים אלקטרומגנטיים.(4) הוא מצוין בהעברת קרני רנטגן, וניתן לתכנן מבנה מתאים בהתאם למטרה.

בשנת 2007, העיקרי של יפןספק סיבי פחמןחברת Toray Co., Ltd שיתפה פעולה עם ניסאן מוטור וחברות נוספות לפיתוח חומרים חדישים באמצעות סיבי פחמן, שיכולים להפחית במידה ניכרת את משקלם של החלקים העיקריים של המכונית, כמו השלדה.הטכנולוגיה החדשה מפחיתה את המשקל הכולל של המכונית ב-10% ומשפרת את צריכת הדלק ב-4% עד 5%.בנוסף, עמידות הפגיעה היא פי 1.5 מזו הרגילה.היצרנים מתכננים להביא את הטכנולוגיה החדשה לכלי רכב מסחריים בעוד שלוש שנים.הטכנולוגיה החדשה מבטיחה להאיץ את המעבר של חומרי גלם לרכב ממוקדי פלדה על רקע תקנות חשבונות דלק קשוחות יותר להפחתת גזי חממה ברחבי העולם

2.יישום של סיבי פחמן

  סיבי פחמן הם כינוי כללי לסיבים בעלי תכולת פחמן של יותר מ-90%, והוא נקרא על שם תכולת הפחמן הגבוהה שלו.לסיבי פחמן תכונות מצוינות שונות של פחמן אלמנטרי, כגון משקל סגולי קטן, עמידות בחום, עמידות בפני זעזועים תרמיים, עמידות כימית ומוליכות וכו'. יש לו הסתבכות סיבים ותכונות מכניות מצוינות.במיוחד, החוזק הספציפי ומודול האלסטי הספציפי שלו גבוהים, והוא יכול לעמוד בטמפרטורה גבוהה של 2000 בתנאי של בידוד חמצן.זהו חומר גלם פיברגלס תעשייתי חשובומתאים לחיזוק חומרים מרוכבים, חומרי אבלציה וחומרי בידוד חום.זהו חומר חדש שפותח בתחילת שנות ה-60 וכעת הפך לחומר חדש הכרחי בחברה המודרנית.

בין מוצרי הפנאי, היישום הראשון של סיבי פחמן PAN הוא החכה.נכון להיום, התפוקה השנתית בעולם של חכות דייג מסיבי פחמן היא כ-12 מיליון, וכמות סיבי הפחמן בשימוש היא כ-1,200 טון.היישום של סיבי פחמן במועדוני גולף החל בשנת 1972. נכון לעכשיו, התפוקה השנתית של פיברה דה פחמןמועדוני הגולף בעולם הם כ-40 מיליון בקבוקים, וכמות סיבי הפחמן שווה ל-2,000 טון.היישום של מחבטי טניס החל בשנת 1974. כיום, העולם ייצר בשנה שעברה כ-4.5 מיליון מחבטי סיבי פחמן, והשימוש בסיבי פחמן דורש כ-500 טון.בין היתר, סיבי פחמן נמצאים בשימוש נרחב גם במגלשי סקי, סירות שלג, מקלות סקי, מחבטות בייסבול, משחקי כביש וספורט ימי.

מתוך זיהוי קל משקל, עמידות בפני עייפות, עמידות בפני קורוזיה ותכונות אחרות של סיבי פחמן, הוא נמצא בשימוש נרחב בתעשיית התעופה והחלל.בתחום הטיסה לחלל, נעשה שימוש בסיבי פחמן בעל מודול גבוה בלוויינים מלאכותיים בשל משקלם הקל (קשיחות) והמוליכות התרמית של יציבות הממדים.בשנים האחרונות נעשה בהם שימוש בלווייני תקשורת כמו אירידיום.

תרכובת הדפוס מעורבת בעיקר בשרף התרמופלסטי בצורה שלגדילי סיבי זכוכית קצוצים, בעל השפעה של חיזוק, מיגון גלים אנטי סטטי ואלקטרומגנטי, והוא נמצא בשימוש נרחב במכשירי חשמל ביתיים, ציוד משרדי, מוליכים למחצה ותחומים קשורים.

3. מצב ייצור של מוצרי סיבי פחמן במדינה שלי

  הייצור והשימוש בסיבי פחמן במדינה שלי עדיין בשלב מוקדם.כושר הייצור של סיבי פחמן מקומי מהווה רק כ-0.4% מסך התפוקה שלבד סיבי פחמן בעל ביצועים גבוהיםבעולם, ויותר מ-90% מהצריכה המקומית תלויה ביבוא.האיכות של מבשר PAN תמיד הייתה צוואר הבקבוק המגביל את הייצור בקנה מידה גדול של תעשיית סיבי פחמן בארצי.בנוסף, מכיוון שסיבי פחמן נחשבו מזמן לחומר אסטרטגי, מדינות מפותחות היו סגורות לעולם החיצון.לכן, מומחים בתעשייה מאמינים שחיזוק המחקר הבסיסי הוא הבסיס לחדשנות והדרך הבסיסית לפיתוח תעשיית סיבי הפחמן המקומית.

המדינה שלי התחילה ללמוד סיבי פחמן משנות ה-60 עד שנות ה-70, כמעט בקצב של העולם.לאחר יותר מ-30 שנים של עבודה קשה, חברת Toray היפנית פיתחה מוצרי סיבי פחמן קרובים לרמת T300, אך התפוקה והאיכות אינן יכולות לעמוד בביקוש המקומי, הרחוק ממדינות זרות.בהשוואה לרמה המתקדמת הבינלאומית, הבעיות הבולטות של סיבי פחמן מקומיים הן חוזק נמוך של סיבי פחמן, אחידות ויציבות ירודה, ורמת הפיתוח היא כמעט 20 עד 30 שנה מאחורי זו של מדינות מתקדמות, והיקף הייצור קטן וציוד טכני. הוא לאחור, ויעילות הייצור ירודה.

נכון להיום, כושר הייצור של פיברה פחמן פרה בעולם הוא כ-35,000 טון, והביקוש השנתי בשוק הסיני הוא כ-6,500 טון.זהו צרכן גדול של סיבי פחמן.עם זאת, תפוקת סיבי הפחמן של סין ב-2007 הייתה רק כ-200 טון, ובעיקר מוצרים בעלי ביצועים נמוכים.רוב הענף מסתמך על יבוא, והמחיר יקר מאוד.לדוגמה, שוק ה-T300 הסטנדרטי חסר תמיכה טכנית עם זכויות קניין רוחני עצמאיות, ומפעלים מקומיים עדיין לא שלטו בטכנולוגיית הליבה המלאה של סיבי פחמן.האיכות, הטכנולוגיה וסולם הייצור של סיבי פחמן בארצי שונים מאוד מאלה שבמדינות זרות.ביניהם, טכנולוגיית סיבי הפחמן בעלת הביצועים הגבוהים היא מונופוליסטית ונחסמת על ידי יפן ומדינות המערב.לכן, נדרש תהליך ארוך כדי לממש את הלוקליזציה של סיבי פחמן.בשל היעדר שוק, יש "קדחת סיבי פחמן" בסין בשנים האחרונות, ומכוני מחקר מדעיים ומפעלים רבים החלו במחקר סיבי פחמן ובפרויקטים של תיעוש של אלף טון.

#חומרי סיבי פחמן#חומר סיבי זכוכית פולימרי מורכב#ספק סיבי פחמן#גדילי סיבי זכוכית קצוצים#בד סיבי פחמן בעל ביצועים גבוהים