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Cumu hè fatta a fibra di carbone?

Cumu hè fatta a fibra di carbone?

A fabricazione, l'usi è u futuru di stu materiale forte è ligeru

Chjamata ancu fibra di grafite o grafite di carbonu, a fibra di carbone hè custituita da filamenti assai fini di l'elementu carbone. Queste fibri anu una alta resistenza di tensione è sò estremamente forti per a so dimensione. In fatti, una forma di fibra di carbone - u nanotubu di carbone - hè cunsideratu u materiale più forte dispunibule. L'applicazioni di fibra di carbone includenu a custruzzione, l'ingegneria, l'aerospaziale, i veiculi d'altu rendiment, l'equipaggiu sportiu è i strumenti musicali. In u campu di l'energia, a fibra di carbone hè aduprata in a produzzione di pale di mulini à ventu, u almacenamentu di gas naturale è e celle di carburante per u trasportu. In l'industria di l'aeronautica, hà applicazioni in l'aviazione militare è cummerciale, è ancu in i veiculi aerei senza pilota. Per l'esplorazione di u petroliu, hè utilizatu in a fabricazione di piattaforme è tubi di perforazione in acque profonde.

Fatti veloci: Statistiche di Fibra di Carboniu

  • Ogni filu di fibra di carbone hè da cinque à 10 microns di diametru. Per dà un sensu di quantu hè chjucu, un micron (um) hè 0.000039 inch. Una sola fila di sita di spiderweb hè di solitu trà trè à ottu microni.
  • Fibres di carbone sò duie volte più rigidu cum'è l'azzaru è cinque volte più forti cum'è l'azzaru (per unità di pesu). Sò ancu altamente resistenti chimicamente è anu tolleranza à alta temperatura cù una bassa espansione termica.

Materia prima
A fibra di carbone hè fatta da polimeri organici, chì sò custituiti da lunghe stringhe di molécule tenute inseme da atomi di carbone. A maiò parte di e fibre di carbone (circa 90%) sò fatti da u prucessu di poliacrilonitrile (PAN). Una piccula quantità (circa 10%) sò fabbricati da rayon o u prucessu di pitch di petroleum.

Gases, liquids, è altri materiali usati in u prucessu di fabricazione creanu effetti specifichi, qualità è qualità di fibra di carbone. I pruduttori di fibra di carbone utilizanu formule proprietarie è cumminazzioni di materie prime per i materiali chì pruducenu è, in generale, trattanu queste formulazioni specifiche cum'è secreti cummerciale.

A fibra di carbone di u più altu gradu cù u modulu più efficau (una constante o coefficient utilizata per sprime un gradu numericu à quale una sustanza pussede una pruprietà particulare, cum'è l'elasticità) proprietà sò aduprate in applicazioni esigenti cum'è aerospaziale.

Prucessu di fabricazione
A creazione di fibra di carbone implica processi chimichi è meccanichi. E materie prime, cunnisciute cum'è precursori, sò attirate in filamenti longu è poi riscaldate à alte temperature in un ambiente anaerobicu (senza ossigenu). Invece di brusgià, u calore estremu face chì l'atomi di fibra vibrà cusì viulente chì quasi tutti l'atomi non-carboni sò espulsi.

Dopu chì u prucessu di carbonizazione hè cumpletu, a fibra restante hè custituita da catene d'atomi di carbonu longu, strettamente intrecciate, cù pochi o micca atomi di carbone chì restanu. Queste fibre sò successivamente tessute in tela o cumminate cù altri materiali chì sò dopu filamenti feriti o stampati in e forme è dimensioni desiderate.

I seguenti cinque segmenti sò tipici in u prucessu PAN per a fabricazione di fibra di carbone:

  • Spinning. PAN hè mischju cù altri ingredienti è filatu in fibri, chì sò poi lavati è stirati.
  • Stabilizà. I fibri sò sottumessi à alterazione chimica per stabilizzà u ligame.
  • Carbonizzante. E fibre stabilizzate sò riscaldate à una temperatura assai alta formandu cristalli di carbonu strettamente ligati.
  • Trattamentu di a Superficia. A superficia di e fibre hè ossidata per migliurà e proprietà di ligame.
  • Misure. E fibre sò rivestite è avvolte nantu à bobine, chì sò caricate nantu à i filatori chì torcenu e fibre in filati di diverse dimensioni. Piuttostu chè esse tessute in tessili, e fibre ponu ancu esse furmate in materiali compositi, utilizendu u calore, a pressione, o un vacuum per unisce e fibre cù un polimeru plasticu.

I nanotubi di carbone sò fabbricati per mezu di un prucessu sfarente di e fibre di carbone standard. Stimati per esse 20 volte più forti di i so precursori, i nanotubi sò forgiati in furnace chì utilizanu laser per vaporizà e particelle di carbone.

Sfide di fabricazione
A fabricazione di fibre di carbone porta una serie di sfide, cumprese:

  • A necessità di ricuperazione è riparazione più costu-efficace
  • Costi di fabricazione insostenibili per alcune applicazioni: Per esempiu, ancu s'è a nova tecnulugia hè in sviluppu, per via di costi pruibitivi, l'usu di fibra di carbone in l'industria di l'automobile hè attualmente limitatu à i veiculi d'alta prestazione è di lussu.
  • U prucessu di trattamentu di a superficia deve esse regulatu currettamente per evità di creà pitture chì risultatu in fibri difettu.
  • Un cuntrollu strettu necessariu per assicurà a qualità coherente
  • I prublemi di salute è di sicurità, cumprese l'irritazione di a pelle è a respirazione
  • Arcing è shorts in l'equipaggiu elettricu per via di a forte electro-conductivity di fibre di carbone

L'avvene di a fibra di carbone
Siccomu a tecnulugia di fibra di carbone cuntinueghja à evoluzione, e pussibilità per a fibra di carbone solu diversificà è cresce. À l'Istitutu di Tecnulugia di Massachusetts, parechji studii cuncentrati nantu à a fibra di carbone mostranu digià una grande prumessa per creà una nova tecnulugia di fabricazione è cuncepimentu per risponde à a dumanda di l'industria emergente.

MIT Professore Associatu di Ingegneria Meccanica John Hart, un pioniere di nanotubi, hà travagliatu cù i so studienti per trasfurmà a tecnulugia per a fabricazione, cumpresu a ricerca di novi materiali da esse aduprati in cunjunzione cù stampanti 3D di qualità cummerciale. "Aghju dumandatu à elli à pensà cumplettamente fora di i rails; se puderanu cuncepisce una stampante 3-D chì ùn hè mai stata fatta prima o un materiale utile chì ùn pò micca esse stampatu cù stampanti attuali ", spiegò Hart.

I risultati eranu prototipi di machini chì stampavanu vetru fusu, gelato à servitore molle è composti di fibra di carbone. Sicondu Hart, i squadre di studienti anu ancu creatu macchine chì puderanu trattà "l'estrusione parallela di polimeri di grande area" è eseguisce "scansione ottica in situ" di u prucessu di stampa.

Inoltre, Hart hà travagliatu cù u prufessore assuciatu di chimica MIT Mircea Dinca in una cullaburazione triennale recentemente conclusa cù Automobili Lamborghini per investigà e pussibulità di novi fibre di carbonu è materiali compositi chì puderanu un ghjornu micca solu "permettenu u corpu cumpletu di a vittura per esse. utilizatu cum'è un sistema di batterie", ma porta à "corpi più ligeri, più forti, cunvertitori catalitici più efficaci, pittura più sottile, è un trasferimentu di calore di trenu di forza migliuratu [in generale]".

Cù tali scuperte stupente à l'orizzonte, ùn hè micca maravigghiusu chì u mercatu di fibra di carbone hè statu prughjettatu di cresce da $ 4,7 miliardi in 2019 à $ 13,3 miliardi da 2029, à un tassu di crescita annuale compostu (CAGR) di 11,0% (o ligeramente più altu) sopra. u listessu periodu di tempu.

Fonti

  • McConnell, Vicki. "A fabbricazione di fibra di carbone". Composite World. 19 di dicembre di u 2008
  • Sherman, Don. "Al di là di a fibra di carbonu: u prossimu materiale di svolta hè 20 volte più forte". Car è Driver. 18 di marzu di u 2015
  • Randall, Danielle. "I circadori di u MIT collaboranu cù Lamborghini per sviluppà una vittura elettrica di u futuru". MITMECHE/In The News : Dipartimentu di Chimica. 16 nuvembre 2017
  • "Mercatu di Fibra di Carboniu per Materia Prima (PAN, Pitch, Rayon), Tipu di Fibra (Vergine, Riciclata), Tipu di Produttu, Modulu, Applicazione (Compositu, Non-composite), Industria di l'Usu Finale (A & D, Automotive, Energia eolica) ), è Regione - Previsione Globale à 2029 ". MarketsandMarkets™. settembre 2019

Tempu di posta: 28-lugliu-2021