Włókna

węglowe

Włókna węglowe



Włókna węglowe to materiał, który zrobił
błyskawiczną karierę i dzięki znaczącej
obniżce kosztów wytwarzania stał się
powszechnie dostępny.

Podział włókien węglowych:



UHM (ultra high modulus) – włókna posiadające
bardzo wysoki współczynnik sprężystości – 600 GPa
i więcej



HM (high modulus)  - włókna o wysokim
współczynniku sprężystości – 350 – 600 GPa



IM (intermedia te modulus) – włókna ze średnim
współczynnikiem sprężystości – 280 – 350 GPa



SM (standard modulus) – włókna posiadające
standardowy współczynnik sprężystości – 200 –
280 GPa



LM (low modulus) – włókna węglowe o niskim
współczynniku sprężystości – do 200 GPa

Produkcja

Technologie produkcji włókien z PAN

rozwijali Japończycy, a następnie
Brytyjczycy, uzyskując znakomite
efekty, a przy tym bardzo znacząco
obniżając koszty ich wytwarzania.
Obecnie PAN jest najczęściej
stosowanym na świecie prekursorem
włókien węglowych



Włókna węglowe powstają z organicznych
polimerów. Aby włókna te uformować,
polimery poddawane są rozciąganiu.
Następnie są one oksydowane w
powietrzu o temperaturze pomiędzy
200°C a 300°C i ogrzewane w środowisku
azotu. Temperatura, której poddane jest
włókno waha się między 1000°C i 2500°C
w zależności od pożądanych własności
włókna węglowego.

Rys. 1 Włókno węglowe o średnicy 6 μm
(czarne) na tle włosa ludzkiego.



Aby włókna mogły być użyte w
przemyśle tka się z nich maty o różnej
gramaturze, oraz splata liny o różnej
grubości.

Rys.2 Mata oraz lina z włókna węglowego

Podział tkanin węglowych:



Tkaniny węglowe jednokierunkowe – włókna
węglowe ułożone w jednym kierunku
połączone cienką nitką poliestrową (z jednej
strony), zabezpieczone folią.



Tkaniny węglowe biaxialne - dwie warstwy
włókien węglowych jednokierunkowych
połączonych ze soba nitką poliestrową pod
kątem 45st.



Roving węglowy- nić węglowa do produkcji
tkanin węglowych lub innych zastosowań.

Struktura i właściwości włókien
węglowych



Pojedyncze włókno węglowe jest długą
rurką o średnicy 5–10 μm. Składa się
prawie wyłącznie z węgla. Jego
struktura przypomina do pewnego
stopnia strukturę grafitu.

Rys.2 Struktura włókna węglowego

Rys. 3 Struktura włókna węglowego.

Parametry stali o wysokiej
sprężystości i standardowego
włókna węglowego

Chemizm wytwarzania
włókien węglowych.

CH2=CH–CH3 + NH3 + 3/2O2 
CH2=CH –CN + 3H2O

Ciąg początkowych przekształceń
poliakrylonitrylu obrazuje schemat reakcji

Zastosowania

sprzęt sportowy:

•

rakietki do tenisa stołowego, wędki,

rowery, łodzie (kadłuby, maszty),
obuwie, ubrania, tarcze i koperty
zegarków i inne;

Rys. Przekrój wędki

.

Rys. Przekrój wędki

.



obudowy laptopów i sprzętu audio,
instrumenty muzyczne, ale także drzwi i
krzesła, elementy konstrukcji samolotów (w
tym największych pasażerskich), aut,
motocykli i wielu innych akcesoriów
używanych codziennie.

Test wytrzymałości

Wykorzystanie włókna
węglowego w F1

KONIEC

Dziękuję za uwagę.