Eigenschaften, Anwendung und Entwicklung von Kohlenstofffasern
1.Eigenschaften und Eigenschaften von Kohlefaser
Kohlefasermaterialien sind schwarze, harte, hochfeste, leichte und andere neue Materialien mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften.Sein spezifisches Gewicht beträgt weniger als 1/4 von Stahl.Die Zugfestigkeit von Kohlefaserharz-Verbundwerkstoffen liegt normalerweise über 35.000 MPa, 7,9-mal höher als die von Stahl.Der Zugelastizitätsmodul liegt zwischen 230.000 MPa und 430.000 MPa.Daher liegt die spezifische Festigkeit von CFK, also das Verhältnis der Festigkeit des Materials zu seiner Dichte, über 20000 MPa/(g/cm3), während die spezifische Festigkeit von A3-Stahl 590 MPa/(g/cm3) beträgt Auch der Elastizitätsmodul ist höher als der von Stahl.Je höher die spezifische Festigkeit des Materials, desto geringer das Eigengewicht des Teils, je höher der spezifische Elastizitätsmodul, desto größer die Steifigkeit des Teils.In diesem Sinne wird die breite Anwendungsperspektive von Carbonfasern im Maschinenbau verdeutlicht.Betrachtet man die hervorragenden Eigenschaften vieler neuer Verbundwerkstoffe, wie z PolymerverbundglasfasermaterialViele Experten gehen davon aus, dass Verbundwerkstoffe ab dem Zeitalter des Stahls in die Ära weit verbreiteter Materialanwendungen eintreten werden.
PAN-Kohlefaser- und Glasfaser-Verbundwerkstoffe:
(1) Mechanische Eigenschaften, geringere Dichte als Metall, geringes Gewicht;hoher Modul, hohe Steifigkeit, hohe Festigkeit, hohe Dauerfestigkeit, ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und Schmierfähigkeit;ausgezeichnete Vibrationsdämpfung;
(2) Geringe Wärmebeständigkeit, Stabilität, Wärmeausdehnungskoeffizient, gute Dimensionsstabilität, Wärmeleitfähigkeit;ausgezeichnete Hitzebeständigkeit in Inertgas;
(3) Es gehört zu einer Vielzahl leitfähiger Materialien mit elektrischer Leitfähigkeit und Abschirmeigenschaften gegenüber elektromagnetischen Wellen sowie elektrischer Leitfähigkeit und Abschirmeigenschaften gegenüber elektromagnetischen Wellen.(4) Es weist eine hervorragende Röntgendurchlässigkeit auf und eine geeignete Struktur kann je nach Zweck entworfen werden.
Im Jahr 2007 Japans wichtigstesLieferant von CarbonfasernToray Co., Ltd. hat mit Nissan Motor und anderen Unternehmen zusammengearbeitet, um hochmoderne Materialien aus Kohlefaser zu entwickeln, die das Gewicht der Hauptteile des Autos, wie zum Beispiel des Fahrgestells, erheblich reduzieren können.Die neue Technologie reduziert das Gesamtgewicht des Autos um 10 % und verbessert den Kraftstoffverbrauch um 4 bis 5 %.Darüber hinaus ist die Schlagfestigkeit 1,5-mal höher als die herkömmliche.Die Hersteller planen, die neue Technologie in drei Jahren in Nutzfahrzeuge zu bringen.Die neue Technologie verspricht, die Umstellung auf stahlbasierte Automobilrohstoffe vor dem Hintergrund strengerer Treibstoffrechnungsvorschriften zur Reduzierung von Treibhausgasen auf der ganzen Welt zu beschleunigen
2.Anwendung von Kohlefaser
Kohlenstofffaser ist eine allgemeine Bezeichnung für Fasern mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 90 % und wird nach ihrem hohen Kohlenstoffgehalt benannt.Kohlenstofffasern weisen verschiedene hervorragende Eigenschaften von elementarem Kohlenstoff auf, wie z. B. geringes spezifisches Gewicht, Hitzebeständigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit, chemische Beständigkeit und Leitfähigkeit usw. Sie weisen eine Faserverflechtung und hervorragende mechanische Eigenschaften auf.Insbesondere sind seine spezifische Festigkeit und sein spezifischer Elastizitätsmodul hoch und es kann einer hohen Temperatur von 2000 °C unter der Bedingung der Sauerstoffisolierung standhalten.Es ist ein wichtiger industrieller Glasfaserrohstoffund eignet sich zur Verstärkung von Verbundwerkstoffen, Ablationsmaterialien und Wärmedämmstoffen.Hierbei handelt es sich um ein neues Material, das Anfang der 1960er Jahre entwickelt wurde und mittlerweile zu einem unverzichtbaren neuen Material in der modernen Gesellschaft geworden ist.
Bei Freizeitprodukten ist die erste Anwendung von PAN-Kohlefaser die Angelrute.Derzeit beträgt die weltweite jährliche Produktion von Angelruten aus Kohlefaser etwa 12 Millionen und die Menge der verwendeten Kohlefaser beträgt etwa 1.200 Tonnen.Der Einsatz von Kohlefaser in Golfschlägern begann im Jahr 1972. Derzeit beträgt die jährliche Produktion von KohlefaserDie Menge an Golfschlägern auf der Welt beträgt etwa 40 Millionen Flaschen, und die Menge an Kohlefaser entspricht 2.000 Tonnen.Der Einsatz von Tennisschlägern begann im Jahr 1974. Mittlerweile wurden im vergangenen Jahr weltweit etwa 4,5 Millionen Schläger aus Kohlefaser hergestellt, und für die Verwendung von Kohlefaser sind etwa 500 Tonnen erforderlich.Kohlefaser wird unter anderem auch häufig in Skiern, Schneebooten, Skistöcken, Baseballschlägern, Straßenspielen und Wassersportarten verwendet.
Aufgrund des geringen Gewichts, der Ermüdungsfestigkeit, der Korrosionsbeständigkeit und anderer Eigenschaften von Kohlefasern wird es häufig in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt.Im Bereich der Raumfahrt werden hochmodulige Kohlenstofffasern aufgrund ihres geringen Gewichts (Steifigkeit) und ihrer Wärmeleitfähigkeit sowie Formstabilität in künstlichen Satelliten eingesetzt.In den letzten Jahren wurden sie in Kommunikationssatelliten wie Iridium eingesetzt.
Die Formmasse wird hauptsächlich in Form von in das thermoplastische Harz eingemischtGlasfaser-Schnittstränge, das eine verstärkende, antistatische und elektromagnetische Wellen abschirmende Wirkung hat und in Haushaltsgeräten, Bürogeräten, Halbleitern und verwandten Bereichen weit verbreitet ist.
3. Produktionsstatus von Kohlefaserprodukten in meinem Land
Die Produktion und Verwendung von Kohlefaser befindet sich in meinem Land noch im Anfangsstadium.Die Produktionskapazität inländischer Kohlefasern macht nur etwa 0,4 % der Gesamtproduktion ausHochleistungs-Carbonfasergewebein der Welt, und mehr als 90 % des Inlandsverbrauchs hängt von Importen ab.Die Qualität des PAN-Vorläufers war schon immer der Engpass, der die Massenproduktion der Kohlefaserindustrie in meinem Land einschränkte.Da Kohlenstofffasern seit langem als strategisches Material gelten, sind die entwickelten Länder zudem von der Außenwelt abgeschottet.Daher glauben Branchenexperten, dass die Stärkung der Grundlagenforschung die Grundlage für Innovation und den grundlegenden Weg zur Entwicklung der heimischen Carbonfaserindustrie darstellt.
Mein Land begann in den 1960er bis 1970er Jahren mit der Erforschung von Kohlenstofffasern und hielt damit fast mit der Welt Schritt.Nach mehr als 30 Jahren harter Arbeit hat das japanische Unternehmen Toray Carbonfaserprodukte entwickelt, die dem T300-Niveau nahe kommen, aber die Produktion und Qualität können die inländische Nachfrage, die weit entfernt von der im Ausland liegt, nicht decken.Im Vergleich zum internationalen fortgeschrittenen Niveau sind die herausragenden Probleme heimischer Kohlenstofffasern eine geringe Festigkeit der Kohlenstofffasern, eine schlechte Gleichmäßigkeit und Stabilität, und das Entwicklungsniveau liegt fast 20 bis 30 Jahre hinter dem der fortgeschrittenen Länder zurück, und der Produktionsumfang ist klein, technische Ausrüstung ist rückständig und die Produktionseffizienz ist schlecht.
Derzeit beträgt die weltweite Produktionskapazität für Fibra de Carbon Pret etwa 35.000 Tonnen, und die jährliche Nachfrage auf dem chinesischen Markt beträgt etwa 6.500 Tonnen.Es ist ein großer Kohlefaserverbraucher.Allerdings belief sich Chinas Kohlefaserproduktion im Jahr 2007 nur auf etwa 200 Tonnen, und es handelte sich hauptsächlich um Produkte mit geringer Leistung.Der Großteil der Industrie ist auf Importe angewiesen, und der Preis ist sehr hoch.Beispielsweise mangelt es dem Standard-T300-Markt an technischer Unterstützung mit unabhängigen Rechten an geistigem Eigentum, und inländische Unternehmen beherrschen die vollständige Kohlefaserkerntechnologie noch nicht.Die Qualität, Technologie und der Produktionsumfang von Kohlefasern in meinem Land unterscheiden sich stark von denen im Ausland.Unter ihnen wird die Hochleistungs-Kohlefasertechnologie von Japan und westlichen Ländern monopolisiert und blockiert.Daher ist es ein langer Prozess, die Lokalisierung von Kohlenstofffasern zu realisieren.Aufgrund des Mangels an Markt kam es in China in den letzten Jahren zu einem „Kohlefaserfieber“, und viele wissenschaftliche Forschungsinstitute und Unternehmen haben mit der Kohlefaserforschung und Tausend-Tonnen-Industrialisierungsprojekten begonnen.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 27. Okt. 2022