Menu Close

Углеводородное волокно: Углеводородное волокно или карбон | Блог Aquamir®.UA

Углеводородное волокно или карбон | Блог Aquamir®.UA

Углеводородное волокно или карбон - это суперпрочный материал и в то же время довольно легкий. Это волокно в пять раз прочнее и в два раза крепче стали, но при этом вес его в два-три раза меньше. Этот материал состоит из тонких нитей карбона, которые в несколько раз тоньше человеческого волоса.

Углеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низким удельным весом и низким коэффициентом температурного расширения. Чтобы получить углеводородное волокно, необходимо произвести термическую обработку химических или природных органических волокон. В результате, количество углерода в волокне доводится как минимум к 92 процентам.

История

Углеродные волокна представляют собой новое поколение высокопрочных волокон. Впервые производство углеродного волокна было предложено и запатентовано Томасом Алва Эдисоном в 1880 г. и использовать он его предложил в качестве нитей накаливания в электрических лампах. Однако, в широкое использование углеводородные волокна вошли только в 1960 годах, как наиболее подходящий материал для воздушной армии, особенно для изготовления ракетных двигателей поскольку обладают высокой термостойкостью. В последние десятилетия, углеродные волокна начали широко применяться в области аэронавтики, изготовлению спортивного инвентаря, производства автомобилей, в сфере строительства и, конечно же, музыкальных инструментов. Для получения углеродного волокна могут быть использованы специальные волокна из фенольных смол.

Углеродные волокна идеально подходят для изготовления продукции, где прочность, плотность и легкий вес являются главными характеристиками. Более того, оно также используется, когда высокая температура, химическая инертность и высокая демпфирование при производстве продукта, играет не менее важную роль. Благодаря химической инертности углеволокнистые материалы используют в качестве фильтрующих слоёв для очистки агрессивных жидкостей и газов от дисперсных примесей, а также в качестве уплотнителей и сальниковых набивок

Появления полиакрилонитрила (ПАН) и мезофазы (МП) считается важными этапом в истории углеродных волокон. Их структура и состав значительным образом влияют на свойства получаемых углеродных волокон. Не смотря на то что, основные процессы для производства углеродного волокна чем—то схожи, то для мезофазы и полиакрилонитрила используют различные условия обработки.

Примеры использования углеродного волокна

Космонавтика, ракетостроение и самолетостроение — углеродные волокна используют в создания материалов для термозащиты космических кораблей, самолетов, ракет, изготовления их носовых частей, деталей двигателей, теплопроводящих устройств и для энергетических установок.
Автомобилестроение — используется для изготовления капотов, крыш, карданных валов, для панелей корпусов,  в изготовлении шин, газовых баков.
Промышленность — материалы для изготовления поездов, верхней панели для рентгенов, ПК корпусов,  для фильтрации агрессивных сред, очистки газов.

Спортивный инвентарь — используется при производстве удочек, велосипедов, клюшек, стоек, рукояток для клюшек и так далее.
Оборонная и военная промышленность — используется при производстве современных индивидуальных средств защиты, при производстве экзоскелетов, производство современного вооружения и частей к боевому оружию и т.д.
Медицина — специальная одежда для операционных с добавлением углеродных волокон, специальный инструмент и т.д.

Преимущества углеродного волокна

Можно с уверенностью сказать, что не совсем дорогие композиты из углеродных волокон, будут способны внести большой вклад для различных видов технологий, в том числе для технологий, который только начинают развиваться и также не стоит забывать особое значение этого волокна в человеческой жизни.  При изготовлении автомобилей, автобусов, поездов, самолетов, кораблей и т.д, начинают появляться панели и конструкции с довольно легким весом, что постепенно может привести к экономии и всемирному уменьшению употребления энергии. Недорогое углеродного волокна является национальной целью, к реализации ряда технологических прорывов производства.

Недостатки углеродных волокон

Большие затраты энергии — основная причина высокой себестоимости углеродного волокна. Впрочем, это компенсируется впечатляющим результатом.
Вторая проблема— это утилизация отходов. Когда обычный автомобиль ломается, его сталь расплавляют и используют для изготовления другого автомобиля (или здания, или чего—то другого, но с использованием этой же стали.), углеродное волокно нельзя расплавить и его довольно сложно переработать. Если все—таки переработать сталь из углеродных волокон, она потеряет свою прочность, какая была ей присуща перед утилизацией.

Классификация и виды углеродных волокон

Если ориентироваться на прочность и конечную температуру термообработки, углеродные волокна могут быть разделены на следующие категории:

На основе свойств углеродные волокна могут быть сгруппированы в:
Сверхпрочное волокно, типа UHM (коэффициент >450Гпа)
Прочное волокно, типа HM (коэффициент между 350—450Гпа)
Волокно средней прочности, типа IM (коэффициент между 200—350Гпа)
Прочное на разрыв волокно, типа HT (модуль<100Гпа прочность на разрыв> 3.0Гпa)
Волокно с высокой прочностью ( коэффициент растяжения> 4.5 Гпа)

На основе волоконных материалов, углеродные волокна подразделяются на:

Углеродные волокна на основе полиакрилонитрила
Углеродное волокно из каменноугольных и нефтяных пеков
Углеродные волокна на основе мезофазы
На основе вискозных штапельных волокон

Углеродные волокна с добавлением вискозного шелка
Активированные сорбирующие ткани

На основе температуры термообработки, углеродные волокна, подразделяются на:

Тип—1, используются при высокой термической обработки (НТТ), где необхожимая температура— 2000 ° C.
Тип—2, эти углеродные волокна поддаются средней  термообработки (IHT), где температура термообработки должна быть около или чуть выше 1500 ° C.
Тип—3, данный тип углеродных волокон используется при низкой термообработки, где температура не превышает 1000° C.

Производство углеродных волокон

Углеродное волокно — это супер прочный материал, и в то же время очень легкий.  Углеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низкимудельным весом, низким коэффициентом температурного расширения и химической инертностью. Поэтому углеродное волокно часто используют в сфере аэронавтики, изготовления спортивного инвентаря, автомобилей, при строительстве и, конечно же, в музыкальных инструментах.

Углеродные волокна, обычно, получают термической обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода.  Первый из них представляет собой окисление исходного волокна на воздухе при температуре 250 °C. После окисления следует стадия карбонизации — нагрева волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C. В результате чего происходит образование графитоподобных структур.
Процесс термической обработки заканчивается графитизацией при температуре 1600—3000 °C, которая также проходит в инертной среде. Свойства полученных углерод / графитовых волокон, могут повлиять на большое количество факторов, таких как: кристалличность, движение молекул, состав углерода и присутствие дефектов.  Полученные в результате углеродные волокна обрабатываются с целью улучшения их свойств и характеристик.

© 2016, Aquamir®.UA

При использовании материала, обратная активная гиперссылка обязательна. Спасибо.

Рекомендуем к прочтению:


Поделиться новостью в соцсетях « Предыдущая запись Следующая запись »

Углеводородное волокно, карбоновая нить, производство полимерных материалов и карбона, углеволокно цена

Углеродное волокно — материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 3 до 15 микрон, образованных преимущественно атомами углерода. Атомы углерода объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно друг другу. Выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение. Углеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низким удельным весом, низким коэффициентом температурного расширения и химической инертностью.

Производством углеродного волокна в России занимается компания ООО «Композит-Волокно», входящее в холдинг «Композит»

Углеродное волокно является основой для производства углепластиков (или карбона, карбонопластиков, от «carbon», «carbone» — углерод). Углепластики — полимерные композиционные материалы из переплетенных нитей углеродного волокна, расположенных в матрице из полимерных (чаще эпоксидных) смол.

Углеродные композиционные материалы отличаются высокой прочностью, жесткостью и малой массой, часто прочнее стали, но гораздо легче.

Производство полимерных материалов

Наше предложение

Производство полимерных материалов требует значительного опыта. Для достижения принятых стандартов качества необходимы не только квалифицированные сотрудники, но и налаженная технология изготовления изделий. По этим причинам все представленные позиции в каталоге имеют высокое качество, гарантируют достижение поставленных перед ними задач и обладают регулярными положительными отзывами.

В каталоге вы сможете подобрать изделия для таких сфер:

  • машиностроение;
  • космическая и авиационная промышленность;
  • ветроэнергетика;
  • строительство;
  • спортивный инвентарь;
  • товары народного потребления

Наше производство изделий из полимерных материалов может обеспечить вас тем количеством изделий, которое вам будет необходимо. Отсутствуют ограничения по объему заказа. При этом вы можете рассчитывать на полную консультацию от профессионалов и оперативное выполнение поставленных задач. Производство полимерных материалов в России, которое мы осуществляем, дает возможность приобретения необходимых единиц каталога по оптовой системе. Изучите наш каталог, а также, если у вас остались какие-либо вопросы — не откладывайте их на потом и обращайтесь прямо сейчас в нашу службу поддержки.

Почему цена на углеволокно так высока?

Большие затраты энергии — основная причина высокой себестоимости углеродного волокна. Впрочем, это с лихвой компенсируется впечатляющим результатом. Даже не верится, что все начиналось с «мягкого и пушистого» материала, содержащегося в довольно прозаических вещах и известных не только сотрудникам химических лабораторий. Белые волокна — так называемые сополимеры полиакрилонитрила — широко используются в текстильной промышленности. Они входят в состав плательных, костюмных и трикотажных тканей, ковров, брезента, обивочных и фильтрующих материалов. Иными словами, сополимеры полиакрилонитрила присутствуют везде, где на прилагающейся этикетке упомянуто акриловое волокно. Некоторые из них «несут службу» в качестве пластмасс. Наиболее распространенный среди таковых — АБС-пластик. Вот и получается, что «двоюродных родственников» у карбона полным-полно. Карбоновая нить имеет впечатляющие показатели по усилию на разрыв, но ее способность «держать удар» на изгиб «подкачала». Поэтому, для равной прочности изделий, предпочтительнее использовать ткань. Организованные в определенном порядке волокна «помогают» друг другу справиться с нагрузкой. Однонаправленные ленты лишены такого преимущества. Однако, задавая различную ориентацию слоев, можно добиться искомой прочности в нужном направлении, значительно сэкономить на массе детали и излишне не усиливать непринципиальные места.

Что такое карбоновая ткань?

Для изготовления карбоновых деталей применяется как просто углеродное волокно с хаотично расположенными и заполняющими весь объем материала нитями, так и ткань (Carbon Fabric). Существуют десятки видов плетений. Наиболее распространены Plain, Twill, Satin. Иногда плетение условно — лента из продольно расположенных волокон «прихвачена» редкими поперечными стежками только для того, чтобы не рассыпаться. Плотность ткани, или удельная масса, выраженная в г/м2, помимо типа плетения зависит от толщины волокна, которая определяется количеством угленитей. Данная характеристика кратна тысячи. Так, аббревиатура 1К означает тысячу нитей в волокне. Чаще всего в автоспорте и тюнинге применяются ткани плетения Plain и Twill плотностью 150–600 г/м2, с толщиной волокон 1K, 2.5K, 3К, 6K, 12K и 24К. Ткань 12К широко используется и в изделиях военного назначения (корпуса и головки баллистических ракет, лопасти винтов вертолетов и подводных лодок, и пр.), то есть там, где детали испытывают колоссальные нагрузки.

Бывает ли цветной карбон? Желтый карбон бывает?

Часто от производителей тюнинговых деталей и, как следствие, от заказчиков можно услышать про «серебристый» или «цветной» карбон. «Серебряный» или «алюминиевый» цвет — всего лишь краска или металлизированное покрытие на стеклоткани. И называть карбоном такой материал неуместно — это стеклопластик. Отрадно, что и в данной области продолжают появляться новые идеи, но по характеристикам стеклу с углем углеродным никак не сравниться. Цветные же ткани чаще всего выполнены из кевлара. Хотя некоторые производители и здесь применяют стекловолокно; встречается даже окрашенные вискоза и полиэтилен. При попытке сэкономить, заменив кевлар на упомянутые полимерные нити, ухудшается адгезия такого продукта со смолами. Ни о какой прочности изделий с такими тканями не может быть и речи. Отметим, что «Кевлар», «Номекс» и «Тварон» — патентованные американские марки полимеров. Их научное название «арамиды». Это родственники нейлонов и капронов. В России есть собственные аналоги — СВМ, «Русар», «Терлон» СБ и «Армос». Но, как часто бывает, наиболее «раскрученное» название — «Кевлар» — стало именем нарицательным для всех материалов.

Что такое кевлар и какие у него свойства?

По весовым, прочностным и температурным свойствам кевлар уступает углеволокну. Способность же кевлара воспринимать изгибающие нагрузки существенно выше. Именно с этим связано появление гибридных тканей, в которых карбон и кевлар содержатся примерно поровну. Детали с угольно-арамидными волокнами воспринимают упругую деформацию лучше, чем карбоновые изделия. Однако есть у них и минусы. Карбон-кевларовый композит менее прочен. Кроме того, он тяжелее и «боится» воды. Арамидные волокна склонны впитывать влагу, от которой страдают и они сами, и большинство смол. Дело не только в том, что «эпоксидка» постепенно разрушается водно-солевым раствором на химическом уровне. Нагреваясь и охлаждаясь, а зимой вообще замерзая, вода механически расшатывает материал детали изнутри. И еще два замечания. Кевлар разлагается под воздействием ультрафиолета, а формованный материал в смоле утрачивает часть своих замечательных качеств. Высокое сопротивление разрыву и порезам отличают кевларовую ткань только в «сухом» виде. Потому свои лучшие свойства арамиды проявляют в других областях. Маты, сшитые из нескольких слоев таких материалов, — основной компонент для производства легких бронежилетов и прочих средств безопасности. Из нитей кевлара плетут тонкие и прочные корабельные канаты, делают корд в шинах, используют в приводных ремнях механизмов и ремнях безопасности на автомобилях.

А можно обклеить деталь карбоном?

Непреодолимое желание иметь в своей машине детали в черно-черную или черно-цветную клетку привели к появлению диковинных суррогатов карбона. Тюнинговые салоны обклеивают деревянные и пластмассовые панели салонов углеродной тканью и заливают бесчисленными слоями лака, с промежуточной ошкуриванием. На каждую деталь уходят килограммы материалов и масса рабочего времени. Перед трудолюбием мастеров можно преклоняться, но такой путь никуда не ведет. Выполненные в подобной технике «украшения» порой не выдерживают температурных перепадов. Со временем появляется паутина трещин, детали расслаиваются. Новые же детали неохотно встают на штатные места из-за большой толщины лакового слоя.

Как производятся карбоновые и/или композитные изделия?

Технология производства настоящих карбоновых изделий основывается на особенностях применяемых смол. Компаундов, так правильно называют смолы, великое множество. Наиболее распространены среди изготовителей стеклопластиковых обвесов полиэфирная и эпоксидная смолы холодного отверждения, однако они не способны полностью выявить все преимущества углеволокна. Прежде всего, по причине слабой прочности этих связующих компаундов. Если же добавить к этому плохую стойкость к воздействию повышенных температур и ультрафиолетовых лучей, то перспектива применения большинства распространенных марок весьма сомнительна. Сделанный из таких материалов карбоновый капот в течение одного жаркого летнего месяца успеет пожелтеть и потерять форму. Кстати, ультрафиолет не любят и «горячие» смолы, поэтому, для сохранности, детали стоит покрывать хотя бы прозрачным автомобильным лаком.

Компаунды холодного твердения.

«Холодные» технологии мелкосерийного выпуска малоответственных деталей не позволяют развернуться, поскольку имеют и другие серьезные недостатки. Вакуумные способы изготовления композитов (смола подается в закрытую матрицу, из которой откачан воздух) требуют продолжительной подготовки оснастки. Добавим к этому и перемешивание компонентов смолы, «убивающее» массу времени, что тоже не способствует производительности. Говорить о ручной выклейке вообще не стоит. Метод же напыления рубленого волокна в матрицу не позволяет использовать ткани. Собственно, все идентично стеклопластиковому производству. Просто вместо стекла применяется уголь. Даже самый автоматизированный из процессов, который к тому же позволяет работать с высокотемпературными смолами (метод намотки), годится для узкого перечня деталей замкнутого сечения и требует очень дорогого оборудования.

Эпоксидные смолы горячего отверждения прочнее, что позволяет выявить качества карбонов в полной мере. У некоторых «горячих» смол механизм полимеризации при «комнатной» температуре запускается очень медленно. На чем, собственно, и основана так называемая технология препрегов, предполагающая нанесение готовой смолы на углеткань или углеволокно задолго до процесса формования. Приготовленные материалы просто ждут своего часа на складах.

В зависимости от марки смолы время жидкого состояния обычно длится от нескольких часов до нескольких недель. Для продления сроков жизнеспособности, приготовленные препреги, иногда хранят в холодильных камерах. Некоторые марки смол «живут» годами в готовом виде. Прежде чем добавить отвердитель, смолы разогревают до 50–60 C, после чего, перемешав, наносят посредством специального оборудования на ткань. Затем ткань прокладывают полиэтиленовой пленкой, сворачивают в рулоны и охлаждают до 20–25 C. В таком виде материал будет храниться очень долго. Причем остывшая смола высыхает и становится практически не заметной на поверхности ткани. Непосредственно при изготовлении детали нагретое связующее вещество становится жидким как вода, благодаря чему растекается, заполняя весь объем рабочей формы и процесс полимеризации ускоряется.

Компаунды горячего твердения.

«Горячих» компаундов великое множество, при этом у каждой собственные температурные и временные режимы отверждения. Обычно, чем выше требуемые показания термометра в процессе формовки, тем прочнее и устойчивее к нагреву готовое изделие. Исходя из возможностей имеющегося оборудования и требуемых характеристик конечного продукта, можно не только выбирать подходящие смолы, но делать их на заказ. Некоторые отечественные заводы-изготовители предлагают такую услугу. Естественно, не бесплатно.

Препреги как нельзя лучше подходят для производства карбона в автоклавах. Перед загрузкой в рабочую камеру нужное количество материала тщательно укладывается в матрице и накрывается вакуумным мешком на специальных распорках. Правильное расположение всех компонентов очень важно, иначе не избежать нежелательных складок, образующихся под давлением. Исправить ошибку впоследствии будет невозможно. Если бы подготовка велась с жидким связующим, то стала бы настоящим испытанием для нервной системы рабочих с неясными перспективами успеха операции.

Процессы, происходящие внутри установки, незатейливы. Высокая температура расплавляет связующее и «включает» полимеризацию, вакуумный мешок удаляет воздух и излишки смолы, а повышенное давление в камере прижимает все слои ткани к матрице. Причем происходит все одновременно.

С одной стороны, одни преимущества. Прочность такого углепластика практически максимальна, объекты самой затейливой формы делаются за один «присест». Сами матрицы не монументальны, поскольку давление распределено равномерно во всех направлениях и не нарушает геометрию оснастки. Что означает быструю подготовку новых проектов. С другой стороны, нагрев до нескольких сотен градусов и давление, порой доходящее до 20 атм., делают автоклав очень дорогостоящим сооружением. В зависимости от его габаритов цены на оборудование колеблются от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов долларов. Прибавим к этому нещадное потребление электроэнергии и трудоемкость производственного цикла. Результат — высокая себестоимость продукции. Есть, впрочем, технологии подороже и посложнее, чьи результаты впечатляют еще больше. Углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ) в тормозных дисках на болидах Формулы-1 и в соплах ракетных двигателей выдерживают чудовищные нагрузки при температурах эксплуатации, достигающих 3000 C. Эту разновидность карбона получают путем графитизации термореактивной смолы, которой пропитывают спрессованное углеродное волокно заготовки. Операция чем-то похожа на производство самого углеволокна, только происходит она при давлении 100 атмосфер. Да, большой спорт и военно-космическая сфера деятельности способны потреблять штучные вещи по «заоблачным» ценам. Для тюнинга и, тем более, для серийной продукции такое соотношение «цены-качества» неприемлемо.

Если решение найдено, оно выглядит настолько простым, что удивляешься: «Что же мешало додуматься раньше?». Тем не менее, идея разделить процессы, происходящие в автоклаве, возникла спустя годы поиска. Так появилась и стала набирать обороты технология, сделавшая горячее формование карбона похожим на штамповку. Препрег готовится в виде сэндвича. После нанесения смолы ткань с обеих сторон покрывается либо полиэтиленовой, либо более термостойкой пленкой. «Бутерброд» пропускается между двух валов, прижатых друг к другу. При этом лишняя смола и нежелательный воздух удаляются, примерно так же, как и при отжиме белья в стиральных машинах образца 1960-х годов. В матрицу препрег вдавливается пуансоном, который фиксируется резьбовыми соединениями. Далее вся конструкция помещается в термошкаф.

Тюнинговые фирмы изготавливают матрицы из того же карбона и даже прочных марок алебастра. Гипсовые рабочие формы, правда, недолговечны, но пара-тройка изделий им вполне по силам. Более «продвинутые» матрицы делаются из металла и иногда оснащаются встроенными нагревательными элементами. В серийном производстве они оптимальны. Кстати, метод подходит и для некоторых деталей замкнутого сечения. В этом случае легкий пуансон из вспененного материала остается внутри готового изделия. Антикрыло Mitsubishi Evo — пример такого рода.

Механические усилия заставляют думать о прочности оснастки, да и система матрица — пуансон требует либо 3D-моделирования, либо модельщика экстра-класса. Но это, все же, в сотни раз дешевле технологии с автоклавом.

Алексей Романов редактор журнала «ТЮНИНГ Автомобилей»

Углеродное волокно – характеристики и особенности хранения.

В наиболее ответственных изделиях применяют углекомпозиты (углепластики). Согласно расчетам, среди всех возможных соединений, на основе периодической системы элементов, графит имеет самые высокие прочностные и термические характеристики. Углеродное волокно имеет один из наиболее высоких показателей по удельной прочности среди других  волокон. Имеет высокую стойкость к кручению и усталости. Уступая лишь в ударной прочности арамиду и стеклу.

Углеродное волокно-производство

Столь высокую стоимость углеродного волокна обуславливает сложность и энергоемкость процесса его получения.  Смысл процесса состоит в поэтапной чистке углеродосодержащих нитей от ненужных атомов, оставляя в конце процесса до 99% углерода в объеме нити.

УВ получают путем термического разложения (пиролизом) исходных нитей: гидратоцеллюлозных, полиакрилонитрильных (ПАН). Так же нефтяных или каменноугольных пеков. В настоящее время, промышленное значение имеет производство УВ на базе вискозы или ПАН.

Процесс получения УВ на основе ПАН

Следует заметить, что химический состав и структура УВ зависит от состава исходного сырья.

В первую очередь, полиакриловые жгуты подвергают окислению, проводя термическую обработку на воздухе при температуре около 200 °С.

Окисленный ПАН так же представляет интерес в некоторых сферах производства как термостойкий и трудно горючий материал.

После окисления, полотно проходит через печи карбонизации (около 1500 °С) и графитизации (около 3000 °С). На этой стадии удаляются остатки водорода и гетероатомов, происходит образование двойных связей между атомами углерода. Процессы карбонизации и графитизации проводятся в инертной среде.

В завершении процесса карбонизации (в некоторых случаях стадия графитизации может исключаться) жгут имеет готовый химический состав и структуру, но проходит еще ряд этапов для повешения адгезии с матрицей:

— обработка поверхности. Поверхность карбонового полотна вследствие данной реакции становится «шероховатой». Обнажая атомы углерода и создавая свободные функциональные группы способные к ионному обмену.

— нанесение ПАВ (поверхностно активное вещество). Оно же, так называемое аппретирование. В качестве аппрета чаще наносятся эпоксидные смолы без отвердителя. Аппрет защищает от истирания в процессе хранения, транспортировки и текстильной переработки. Вытесняет из пор влагу и воздух.

Этап сушки после нанесения аппрета является завершающим этапом, после которого жгуты наматываются на бобины  (обычно массой до 8 кг).

Углеродное волокно

Характеристики углеродного волокна

Модуль упругости. УВ обычно группируются в соответствии со своим модулем:

  • Низкомодульное (HS): 160-270 ГПа;
  • Средний модуль (IM): 270-325ГПа;
  • Высокомодульное (НМ): 325-440 ГПа;
  • Сверхвысокий модуль (UHM): 440+ ГПа;

Диаметр и количество элементарных нитей. Каждый жгут  состоит из тысяч элементарных нитей (филаментов).  Диаметр такой углеродной нити: 5-7 мкм, что в 2-3 раза тоньше человеческого волоса.  В маркировке у любого типа волокна есть обозначения: 3К, 6К, 12К, 24К- это и есть количество филаментов в жгуте  (в тысячах).

carbon fiber

Линейная плотность. Кроме обычной плотности, у волокон принято выделять так же линейную. Измеряется она в тексах (tex). Если линейная плотность  указана 800 tex, значит, километр этого жгута имеет массу 800гр.

Прочностные характеристики

Итоговое значение прочности, указываемое в сертификатах качества и т.д. снимается уже с пропитанного и отвержденного жгутика (микропластика). Микропластик- жгут  пропитанный полимерным связующим и отвержденный при воздействии растягивающего напряжения.

УВ достаточно хрупкое поэтому не имеет большого смысла снимать с него прочностные характеристики в непропитанном виде. Так же, для конечного потребителя важнее знать свойства углеродного волокна в отвержденной полимерной матрице, то есть в композите. Поэтому в чаще всего указывают:

  • Прочность при растяжении комплексной нити в микропластике. ГПа
  • Модуль упругости при растяжении комплексной нити в микропластике. ГПа

Условия транспортировки и хранения углеродного волокна

  • Бобины должны храниться в крытых складских помещениях в упакованном виде, коробки должны находиться в горизонтальном положении.
  • Рекомендуемые условия хранения.
    • Температура: 0-40 °С. Хранение при минусовой температуре не рекомендуется.
    • Влажность: 40-80%.
  • Допускается перевозка в неотапливаемом транспорте при температуре до -30 °С.
  • Во избежание конденсации влаги на поверхности. Перед использованием, нераспакованные бобины должны быть выдержаны не менее 48 часов при температуре от 20 до 30 °С и влажности от 40 до 80%.
  • При правильных условиях хранения, производитель гарантирует сохранность свойств в течение 2 лет с даты производства.

Заключение

Надо понимать, УВ не является гарантией качества и гарантией сверх прочностных свойств изделия. Сами по себе углеродные  нити довольно хрупкие и ломкие. Без правильных условий полимеризации или при не правильном подборе матрицы или ее не совместимости с нитью можно и не достигнуть заявленных производителем свойств.  К тому же УВ уступает базальту и стеклу в некоторых видах мех. испытаний.  При том, что даже самое дорогое стекло и базальт в 10ки раз дешевле, чем самое дешевое углеродное волокно. В дополнение ко всему, по причине широкого применения углеродных волокон в оборонной промышленности, для того чтобы купить его за рубежом напрямую у производителя необходимо получение лицензии.

Буду признателен за любую обратную связь. Спасибо!

Способы получения и свойства углеродного волокна

Прошло почти полтора века с того момента, как изобретательный американец Томас Эдисон запатентовал использование углеродных волокон в качестве нитей накаливания в электрических лампах. Сейчас углеволокно стало символом инноваций, совершенства и нового времени. Его применяют во всех технологичных областях – военная промышленность, ракетостроение, авиация, строительство, спорт, медицина. Но изделия из углеродного волокна все чаще можно обнаружить у себя дома! В свободной продаже есть карбоновые удочки, инструменты, одежда, чехлы для смартфонов, ноутбуки, бейсбольные биты, даже карбоновые украшения. Какова же причина растущего признания? Все это лидеры в своей области, авангард современных технологий. И у каждого из нас теперь есть возможность приобрести углеволокно – материал будущего!  

Свойства углеродного волокна

Давайте разбираться, что же собой представляет столь многообещающее углеродное волокно. Это материал, состоящий из тончайших нитей диаметром от трех микрон, состоящих практически на сто процентов из атомов углерода. Атомы углерода в нем объединены в кристаллы, выровненные параллельно друг другу, словно стойкие легионеры в когорте. Такое расположение кристаллов наделяет углеволокно уникальным набором технических характеристик и эксплуатационных свойств:

  1. Великолепная механическая прочность при малом весе.
  2. Повышенная сопротивляемость высоким температурам. 
  3. Отличная коррозионная стойкость в агрессивных средах. 
  4. Хорошие теплоизоляционные свойства.
  5. Химическая инертность при неплохих адсорбирующих свойствах.

Столь уникальная совокупность всех этих достоинств сверхлегкого углеволокна объясняет его ценность и незаменимость во многих отраслях промышленности. Композитные материалы на основе углеродных наполнителей являются идеальным материалом для работы в экстремальных условиях. И уже теснят привычную сталь, уступающую в несколько раз в прочности и жесткости при равенстве массы. Снижение веса деталей и конструкций позволяет существенно экономить топливо, а также сокращает вредные выбросы в атмосферу. 

Способы получения углеродного волокна

Углеродное волокно – чудесный полимер, он прочнее стали, но гораздо легче. Как же его получают? Обработкой природных или специальных химических волокон очень высокой температурой, в результате которой в материале остается преимущественно углерод. В качестве органических источников выступают полиакрилонитрильные (ПАН) и вискозные волокна, химических – фенольные смолы, лигнин, каменноугольные и нефтяные пеки. 

Рассмотрим процесс термической обработки полиакрилонитрила, состоящий из нескольких этапов:

  1. Окисление. В течение суток нагреваем при температуре 250˚ С – это заставляет углерод C и азот N образовывать циклические соединения в виде колец:

 

  1. Карбонизация. Температуру повышаем до 700-1500˚, водород h3 испаряется. Получаем ряды склеенных колец, которые затем соединяются друг с другом.

  

  1. Графитизация. Увеличиваем нагрев до 1300-3000˚C, что приводит к слиянию вновь образованных лент между собой и удалению азота N2:


В результате термической обработки мы получим почти чистый углерод в форме графита. Такое вещество и будет называться углеродным волокном. Из этих волокон затем делают нити, которые могут сплетаться в специальную ткань – универсальную углеродную ленту FibArm Tape с весьма широким спектром применения.

Широкое распространение получили углепластики – это композитные материалы, в которых смола удерживает нити углеволокна в требуемом положении, придавая форму и необходимые характеристики пластику. В роли смолы чаще всего используют эпоксидные составы, такие как двухкомпонентная эпоксидная смесь FibArm Resin HT+.

Углеродные волокна сегодня все чаще используются при строительстве, укреплении и сейсмоусиления конструкций, выполненных из:

  1. Металлов.
  2. Камня.
  3. Дерева.
  4. Железобетона.

Усиление строительных конструкций углеволокном увеличит несущую способность без изменения структуры объекта. Все необходимые композитные материалы можно приобрести на нашем сайте FibArm, где представлены линейки следующей продукции:

  1. Углеродные ленты и сетки.
  2. Саржа.
  3. Ламель.
  4. Анкерные жгуты.
  5. Эпоксидный клей. 
  6. Ремонтные составы. 

Волокно углеродное: свойства, фото, получение, использование

Передовые отрасли промышленности и строительства за последнее время освоили немало принципиально новых технологий, большая часть которых связана с инновационными материалами. Обычный пользователь мог заметить проявление данного процесса на примере стройматериалов с включением композитов. Также в автомобилестроении внедряются карбоновые элементы, повышающие эксплуатационные качества спорткаров. И это далеко не все направления, в которых задействуются углепластики. Основой для данного компонента выступают углеродные волокна, фото которых представлено ниже. Собственно, в непревзойденных технико-физических качествах и заключается уникальность и активное распространение композитов нового поколения.

Технология получения

Для производства материала используют сырье в виде природных или химических волокон органического происхождения. Далее, в результате специальной обработки, от исходной заготовки остаются только углеродные атомы. Главной воздействующей силой является температура. Технологический процесс предусматривает выполнение нескольких этапов термообработки. На первой стадии происходит окисление первичной структуры в условиях температурного режима до 250 °C. На следующем этапе получение углеродных волокон переходит в процедуру карбонизации, в результате которой материал нагревается в азотной среде при высоких температурах до 1500 °C. Таким образом формируется графитоподобная структура. Завершает весь процесс изготовления финальная обработка в виде графитизации при 3000 °C. На этой стадии содержание чистого углерода в волокнах достигает 99 %.

Где применяется волокно углеродное?

Если в первые годы популяризации материал использовался исключительно в узкоспециализированных областях, то сегодня наблюдается расширение производств, в которых задействуется данное химволокно. Материал довольно пластичен и разнороден в плане возможностей эксплуатации. С большой вероятностью области применения таких волокон будут расширяться, но уже сегодня оформились базовые типы представления материала на рынке. В частности, можно отметить строительную сферу, медицину, изготовление электротехники, бытовых приборов и т. д. Что касается специализированных областей, то использование углеродных волокон по-прежнему актуально для производителей авиатехники, медицинских электродов и радиопоглощающих материалов.

Формы изготовления

В первую очередь это термоустойчивые текстильные изделия, среди которых можно выделить ткани, нити, трикотаж, войлок и т. д. Более технологичным направлением является изготовление композитов. Пожалуй, это наиболее широкий сегмент, в котором представлено волокно углеродное как основа изделий для серийного производства. В частности, это подшипники, термоустойчивые узлы, детали и различные элементы, которые работают в условиях агрессивных сред. Преимущественно композиты ориентированы на рынок автомобилестроения, однако и строительная область довольно охотно рассматривает новые предложения от изготовителей данного химволокна.

Свойства материала

Специфика технологии получения материала наложила свой отпечаток на эксплуатационные качества волокон. В результате высокая термическая стойкость стала главной отличительной чертой структуры таких изделий. Кроме тепловых воздействий, материал устойчив и к химическим агрессивным средам. Правда, если в процессе окисления при нагревании присутствует кислород, это губительно сказывается на волокнах. Зато механическая прочность углеродного волокна может составить конкуренцию многим традиционным материалам, которые считаются твердотельными и стойкими к повреждениям. Это качество особенно выражено в карбоновых изделиях. Еще одним свойством, которое имеет спрос среди технологов различной продукции, является способность абсорбции. Благодаря активной поверхности данное волокно можно рассматривать в качестве эффективной каталитической системы.

Производители

Передовиками в сегменте являются американские, японские и немецкие компании. Российские технологии в этой области практически не развивались последние годы и по-прежнему базируются на разработках времен СССР. На сегодняшний день половина изготавливаемых в мире волокон приходится на долю японских компаний Mitsubishi, Kureha, Teijin и др. Другую часть делят между собой немцы и американцы. Так, со стороны США выступает компания Cytec, а в Германии волокно углеродное производит фирма SGL. Не так давно в список лидеров этого направления вошло и тайваньское предприятие Formosa Plastics. Что касается отечественного производства, то разработками композитов занимаются лишь две компании – «Аргон» и «Химволокно». При этом серьезные достижения за последние годы сделали белорусские и украинские предприниматели, осваивающие новые ниши для коммерческого использования углепластиков.

Будущее углеродных волокон

Поскольку некоторые виды углепластиков уже в ближайшее время позволят выпускать изделия, способные сохранять изначальную структуру миллионы лет, многие специалисты предсказывают перепроизводство подобной продукции. Несмотря на это, заинтересованные компании продолжают вести гонку технологических обновлений. И во многом это оправдано, так как свойства углеродных волокон на порядок превосходят аналогичные качества традиционных материалов. Достаточно вспомнить прочность и термостойкость. Исходя из этих достоинств разработчики и осваивают новые направления развития. Внедрение материала, скорее всего, будет охватывать не только специализированные сферы, но и близкие к массовому потребителю области. Например, обычные пластиковые, алюминиевые и деревянные элементы могут заменяться углепластиком, который по целому ряду эксплуатационных качеств будет превосходить привычные материалы.

Заключение

Широкому распространению инновационному химволокну мешают многие факторы. Одним из самых существенных является высокая стоимость. Поскольку волокно углеродное требует задействования высокотехнологичного оборудования для изготовления, его получение может себе позволить далеко не каждая компания. Но и это не самое главное. Дело в том, что далеко не во всех сферах производители заинтересованы в столь радикальных изменениях качества продукции. Так, повышая долговечность одного элемента инфраструктуры, производитель не всегда может выполнить аналогичную модернизацию на смежных компонентах. В итоге получается дисбаланс, который сводит к нулю все достижения новых технологий.

Углеродное волокно, его свойства и применение

Углеродное волокно и композиционные материалы на его основе.

 

 

Углеродное волокно и композиционные материалы на его основе обладают высокой прочностью, химической инертностью, низким удельным весом, низкой теплопроводностью.

 

Углеродное волокно как материал – основа для производства композиционных материалов

Свойства, характеристики и преимущества углеродного волокна

Применение углеродных волокон. Усиление углеродным волокном. Прочность углеродных волокон

 

Углеродное волокно как материал – основа для производства композиционных материалов:

Углеродное волокно – материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 3 до 15 микрон, образованных преимущественно атомами углерода. Атомы углерода объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно друг другу. Выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение и пр. свойства.

Углеродное волокно является основой для производства углепластиков (или карбона, карбонопластиков, от “carbon”, “carbone” – углерод). Углепластики – полимерные композиционные материалы из переплетенных нитей углеродного волокна, расположенных в матрице из полимерных (чаще эпоксидных) смол.

На основе углеродного волокна производят:

– композитную (углеродную) арматуру. Углеродная арматура представляет собой материал, который состоит из основы в виде углеродного волокна и связующего: термореактивной синтетической смолы. Углеродная арматура изготовляется методом пултрузии — протяжкой пропитанных связующим армирующих волокон через нагретую формообразующую фильеру;

– двунаправленные ткани: комбинированную (углеродную и арамидную) ткани, стеклоткань саржевого или полотняного переплетения, углеродную ткань саржевого или полотняного плетения, углеродную ткань-сатин;

– дизайнерские ткани;

– мультиаксиальные ткани: биаксильные ткани, квадроаксильные ткани,

– углеродное нетканое полотно. Нити углеродного волокна в однонаправленных нетканых материалах располагаются строго параллельно друг другу. Нити фиксируются стеклянной сеткой и/или эпоксидным биндером;

– однонаправленные углеродные ленты. Однонаправленные углеродные ленты – это текстиль, где свыше 75% волокон расположены в одном направлении. В качестве утка используется стекловолокно или арамидное волокно;

– препреги. Препреги — композиционные материалы-полуфабрикаты. Их получают путем пропитки армирующей волокнистой основы равномерно распределенными полимерными связующими. Пропитка осуществляется таким образом, чтобы максимально реализовать физико-механические свойства армирующего материала. Методы с использованием пропитки волокна позволяют на 30% улучшить свойства материала;

– системы внешнего армирования;

– преформу-рукав;

– фибру. Фибра – нарезанное углеродное волокно. Используется в качестве усиливающей добавки в бетон, асфальтобетон;

– прочие материалы: жгуты, углерод-углеродные композиционные материалы, фибры и т.д.

 

Свойства, характеристики и преимущества углеродного волокна:

– высокая (непревзойденная) прочность, 

высокая предельная прочность на разрыв,

– химическая инертность, устойчивость к воздействию большинства химически агрессивных реагентов,

отсутствие коррозии,

– высокий предел выносливости,

низкий вес, низкий удельный вес (неувеличение веса конструкции),

– коэффициент температурного расширения ~ 0,

линейно упругие до разрушения,

– легкая укладка,

высокая жесткость,

– высокая жаропрочность,

высокая стойкость к высоким и низким температурам (в т.ч.  вакууме),

– стойкость к высокому давлению,

радиационная стойкость,

– стойкость к высоким вибрационным нагрузкам,

низкая теплопроводность,

– немагнитность,

высокая ударостойкость,

– высокое вибро-, звуко- и радиопоглощение,

высокая прочность на изгиб.

 

Применение углеродных волокон. Усиление углеродным волокном. Прочность углеродных волокон:

– строительство: углеродная композитная арматура, фибра в бетон, фибра в асфальт, системы внешнего армирования. Например, использование системы внешнего армирования на основе углеродного волокна увеличивает грузоподъемность несущих конструкций (мостов, промышленных, складских, жилых зданий) до 4 раз, сокращает время ремонта строительных сооружений и трудозатраты в 10 раз, срок службы конструкции увеличивается также в несколько раз;

– авиация. Например, создание цельных композитных деталей. Сочетание легкости и прочности получаемых изделий позволяет заменить алюминиевые сплавы углепластиковыми. Композитные детали, при их весе в 5 раз меньшем, чем аналогичных алюминиевых, обладают большей прочностью, гибкостью, устойчивостью к давлению и некоррозийностью. Использование композитов в конструкции авиалайнера позволяет снизить его вес на 15-30%, что позволяет сэкономить расход топлива и улучшить экологические показатели;

– атомная промышленность.  Углеродное волокно используются при создании энергетических реакторов, где основным требованием к используемым материалам является их стойкость к высоким температурам, высокому давлению и радиационная стойкость. Кроме этого, в атомной отрасли особое внимание отдается общей прочности внешних конструкций, поэтому система внешнего армирования также имеет обширное применение;

– автомобилестроение. Карбон (или углепластик) используется для производства как отдельных деталей и узлов, так и для автомобильных корпусов целиком. Высокое отношение прочности к весу позволяет создавать безопасные, и в то же время экономичные автомобили: снижение веса автомобиля за счет углепластиков на 30 % позволяет снизить выброс CO2 в атмосферу на 16% (!), благодаря снижению расхода топлива в несколько раз;

– гражданская аэрокосмическая отрасль;

– судостроение. Углеродное волокно является лучшим материалом для проектирования и создания новых материалов и конструкций из них различных видов гражданских судов. Низкий удельный вес углепластика позволяет увеличить скорость катера в 2-3 раза;

– ветроэнергетика. Углепластики позволяют создавать более длинные лопасти, которые, в свою очередь, обладают большей энергопроизводительностью;

– железнодорожная отрасль. Улепластики позволяют облегчить конструкцию железнодорожных вагонов, снизив тем самым общий вес составов, что позволяет в дальнейшем как увеличивать их длину, так и улучшать скоростные характеристики. В то же время углепластики могут использоваться и при строительстве железнодорожного полотна и прокладке железнодорожных проводов, сокращая необходимое количество опор и в то же время снижая риск их провисания;

– электроэнергетике. Например, композитный сердечник в 4,7 раза легче стального и в 2 – 2,5 раза прочнее;

– в быту. Углеродное волокно и композиционные материалы интенсивно входят в привычный мир каждого человека. Из них создаются многие товары народного потребления: предметы интерьера, детали бытовых приборов, спортивная экипировка и инвентарь, детали ЭВМ и многое другое.

 

Найти что-нибудь еще?

Похожие записи:

карта сайта

карбоновая углеродная ткань
применение купить кабель нагревательное однонаправленное углеродное волокно производство в россии цена обогрев для обогрева инкубатора производитель из пропиленового волокна применение свойства карбон углеткань
производство оборудование изготовление технология получение пленка теплый пол сетка велосипед картридж ммв трубка стоимость автомобили удочка греющий нагревательный кабель из сырье для углеродного волокна в россии купить нагреватель
качество прочность использование композиционные материалы на основе оборудование для производства углеродных волокон ткань
усиление нить углеродным волокном
как клеить пластик нагревательный элемент углеродное волокно купить украина в москве обогрев киев
активированные углеродные волокна 3932
углеродное волокно что это производство Россия купить в москве для обогрева усиление ткань материал кабель получение производство теплый пол свойства пропитка применение нить композит карбон удочка технология велосипед пленка качество

 

Коэффициент востребованности 1 358

Углеродное волокно — это… Что такое Углеродное волокно?

Углеродное волокно — материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 3 до 15 микрон, образованных преимущественно атомами углерода. Атомы углерода объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно друг другу. Выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение. Углеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низким удельным весом, низким коэффициентом температурного расширения и химической инертностью.

История

Впервые получение и применение углеродных волокон (УВ) (точнее, нитей) было предложено и запатентовано известным американским изобретателем — Томасом Эдисоном — в 1880 г. в качестве нитей накаливания в электрических лампах. Эти волокна получались в результате пиролиза хлопкового или вискозного волокна и отличались хрупкостью и высокой пористостью и впоследствии были заменены вольфрамовыми нитями. В течение последующих 20 лет он же предложил получать углеродные и графитированные волокна на основе различных природных волокон.

Вторично интерес к углеродным волокнам появился в середине XX в., когда велись поиски материалов, пригодных для использования в качестве компонентов композитов для изготовления ракетных двигателей. УВ по своим качествам оказались одними из наиболее подходящих для такой роли армирующими материалами, поскольку они обладают высокой термостойкостью, хорошими теплоизоляционными свойствами, коррозионной стойкостью к воздействию газовых и жидких сред, высокими удельными прочностью и жесткостью.

В 1958 г. в США были получены УВ на основе вискозных волокон. При изготовлении углеродных волокон нового поколения применялась ступенчатая высокотемпературная обработка гидратцеллюлозных (ГТЦ) волокон (900 °C, 2500 °C), что позволило достичь значений предела прочности при растяжении 330—1030 МПа и модуля упругости 40 ГПа. Несколько позднее (в 1960 г.) была предложена технология производства коротких монокристаллических волокон («усов») графита с прочностью 20 ГПа и модулем упругости 690 ГПа. «Усы» выращивались в электрической дуге при температуре 3600 °C и давлении 0,27 МПа (2,7 атм). Совершенствованию этой технологии уделялось много времени и внимания на протяжении ряда лет, однако в настоящее время она применяется редко ввиду своей высокой стоимости по сравнению с другими методами получения углеродных волокон.

Почти в то же время в СССР и несколько позже, в 1961 г., в Японии были получены УВ на основе полиакрилонитрильных (ПАН) волокон. Характеристики первых углеродных волокон на основе ПАН были невысоки, но постепенно технология совершенствовалась и уже через 10 лет (к 1970 г.) были получены углеродные волокна на основе ПАН-волокон с пределом прочности 2070 МПа и модулем упругости 480 ГПа. Тогда же была показана возможность получения углеродных волокон по этой технологии с еще более высокими механическими характеристиками: модулем упругости до 800 ГПа и пределом прочности более 3 ГПа. УВ на основе нефтяных пеков были получены в 1970 г. также в Японии.

Получение

Рис. 1. Структуры, образующиеся при окислении ПАН-волокна

УВ обычно получают термической обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода. Температурная обработка состоит из нескольких этапов. Первый из них представляет собой окисление исходного (полиакрилонитрильного, вискозного) волокна на воздухе при температуре 250 °C в течение 24 часов. В результате окисления образуются лестничные структуры, представленные на рис. 1. После окисления следует стадия карбонизации — нагрева волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C. В результате карбонизации происходит образование графитоподобных структур. Процесс термической обработки заканчивается графитизацией при температуре 1600-3000 °C, которая также проходит в инертной среде. В результате графитизации количество углерода в волокне доводится до 99 %. Помимо обычных органических волокон (чаще всего вискозных и полиакрилонитрильных), для получения УВ могут быть использованы специальные волокна из фенольных смол, лигнина, каменноугольных и нефтяных пеков.

Дополнительная переработка УВ

Углеродные волокна могут выпускаться в разнообразном виде: штапелированные (резаные, короткие) нити, непрерывные нити, тканые и нетканые материалы. Наиболее распространенный вид продукции — жгуты, пряжа, ровинг, нетканые холсты. Изготовление всех видов текстильной продукции производится по обычным технологиям, так же как для других видов волокон. Вид текстильной продукции определяется предполагаемым способом использования УВ в композиционном материале, точно так же, как и сам метод получения композита. Основные методы получения композитов, армированных углеродными волокнами, являются обычными для волокнистых материалов: выкладка, литье под давлением, пултрузия и другие. В настоящее время выпускается ряд видов УВ и УВМ, основные из которых перечислены ниже.

  • На основе вискозных нитей и волокон:
    • нити, ленты, ткани — Урал®;
    • нетканый материал — Карбопон®;
    • активированные сорбирующие ткани — Бусофит®,САУТ-1С, АУТ-М;
    • активированные сорбирующие нетканые материалы — Карбопон-Актив®.
  • На основе вискозных штапельных волокон:
    • волокна и нетканые материалы: карбонизованые — Углен® (технология восстановлена на Светлогорском ПО «Химволокно») и графитированые — Грален®;
  • На основе ПАН-нитей и жгутов:
    • ленты и ткани — ЛУ®, УКН®, Кулон®, Элур®, ITECWRAP®.
    • активированные сорбирующие волокна и нетканые материалы — Актилен®, Ликрон®;
    • дисперсный порошок из размолотых волокон — Ваулен®, АУТ-МИ (для медицинских целей).
  • На основе ПАН-волокон:
    • Волокна и нетканые материалы: карбонизованные — Эвлон® и графитированные — Конкор®.

Выпускают УВ и за рубежом: в США — Торнел®, Целион®, Фортафил®; в Великобритании — Модмор®, Графил®; в Японии — Торейка®, Куреха-лон® и т. д.[1]

До 2007 г. в СНГ углеродные волокна производились на двух предприятиях: «Аргон» (г. Балаково, Россия) — производство на основе ПАН (полиакрилонитрила) и РУП «Светлогорское ПО Химволокно»[2] — производство на основе вискозы. Оба предприятия обладают собственными мощностями по производству прекурсора. Предприятие в Беларуси — крупнейший мировой производитель углеволокна из вискозы[3]. Существовавшие во времена СССР в г. Бровары (под Киевом, Украина), г. Запорожье (Украина) г. С.-Петербурге (НПО «Химволокно»), г. Шуе (Россия) утрачены.

В настоящее время в России углеволокнистые материалы производятся ОАО «НПК «Химпроминжиниринг» (входит в структуру Росатома)[4], ФГУП НИИграфит[5], НПЦ «УВИКОМ»[6], ООО «НИИ ВСУ «ИНТЕР/ТЭК»[7].

Свойства

УВ имеют исключительно высокую теплостойкость: при тепловом воздействии вплоть до 1600—2000 °С в отсутствии кислорода механические показатели волокна не изменяются. Это предопределяет возможность применения УВ в качестве тепловых экранов и теплоизоляционного материала в высокотемпературной технике. На основе УВ изготавливают углерод-углеродные композиты, которые отличаются высокой абляционной стойкостью. УВ устойчивы к агрессивным химическим средам, однако окисляются при нагревании в присутствии кислорода. Их предельная температура эксплуатации в воздушной среде составляет 300—350°С. Нанесение на УВ тонкого слоя карбидов, в частности SiC, или нитрида бора позволяет в значительной мере устранить этот недостаток. Благодаря высокой химической стойкости УВ применяют для фильтрации агрессивных сред, очистки газов, изготовления защитных костюмов и др. Изменяя условия термообработки, можно получить УВ с различными электрофизическими свойствами (удельное объёмное электрическое сопротивление от 2·10−3 до 106 ом/см) и использовать их в качестве разнообразных по назначению электронагревательных элементов, для изготовления термопар и др.

Активацией УВ получают материалы с большой активной поверхностью (300—1500 м²/г), являющиеся прекрасными сорбентами. Нанесение на волокно катализаторов позволяет создавать каталитические системы с развитой поверхностью.

Обычно УВ имеют прочность порядка 0,5—1 ГПа и модуль 20—70 ГПа, а подвергнутые ориентационной вытяжке — прочность 2,5—3,5 ГПа и модуль 200—450 ГПа. Благодаря низкой плотности (1,7—1,9 г/см³) по удельному значению (отношение прочности и модуля к плотности) механических свойств лучшие УВ превосходят все известные жаростойкие волокнистые материалы. Удельная прочность УВ уступает удельной прочности стекловолокна и арамидных волокон. На основе высокопрочных и высокомодульных УВ с использованием полимерных связующих получают конструкционные углеродопласты. Разработаны композиционные материалы на основе УВ и керамических связующих, УВ и углеродной матрицы, а также УВ и металлов, способные выдерживать более жесткие температурные воздействия, чем обычные пластики.

Применение

УВ применяют для армирования композиционных, теплозащитных, хемостойких в качестве наполнителей в различных видах углепластиков. Наиболее емкий рынок для УВ в настоящее время — производство первичных и вторичных структур в самолетах различных производителей, в том числе таких компаний как «Боинг» и «Эрбас» (до 30 тонн на одно изделие). По причине резко возросшего спроса в 2004—2006 гг. на рынке наблюдался большой дефицит волокна, что привело к его резкому подорожанию.

Из УВМ изготавливают электроды, термопары, экраны, поглощающие электромагнитное излучение, изделия для электро- и радиотехники. На основе УВ получают жесткие и гибкие электронагреватели, в том числе ставшие популярными т. н. «карбоновые нагреватели», обогреваемую одежду и обувь. Углеродный войлок — единственно возможная термоизоляция в вакуумных печах, работающих при температуре 1100 °C и выше. Благодаря химической инертности углеволокнистые материалы используют в качестве фильтрующих слоев для очистки агрессивных жидкостей и газов от дисперсных примесей, а также в качестве уплотнителей и сальниковых набивок. УВА и углеволокнистые ионообменники служат для очистки воздуха, а также технологических газов и жидкостей, выделения из последних ценных компонентов, изготовления средств индивидуальной защиты органов дыхания. Широкое применение находят УВА (в частности, актилен) в медицине для очистки крови и других биологических жидкостей. В специальных салфетках для лечения гнойных ран, ожогов и диабетических язв — незаменима ткань АУТ-М, разработанная в начале 80-х годов и опробованная при боевых действиях в Афганистане[8]. В настоящее время широко применяются углеродные сорбирующие салфетки «Сорусал» и «Легиус».[источник не указан 303 дня] Как лекарственное средство применяют при отравлениях (благодаря высокой способности сорбировать яды. Например препарат «Белосорб», или АУТ-МИ на основе светлогорского сорбента), как носители лекарственных и биологически активных веществ. УВ катализаторы используют в высокотемпературных процессах неорганических и органических синтеза, а также для окисления содержащихся в газах примесей (СО до CO2, SO2 до SO3 и др.). Широко применяется при изготовлении деталей кузова в автоспорте, а также в производстве спортивного инвентаря (клюшки, вёсла, лыжи, велосипедные запчасти, обувь ) и т. д.

Ссылки

  • С. Симамура. Углеродные волокна. М.: «Мир», 1987.
  • Конкин А. А., Углеродные и другие жаростойкие волокнистые материалы, М., 1974.
  • СТО 73645443-03-2010 Система высокопрочного усиления железобетонных конструкций ITECWRAP®/ITECRESIN®, Е., 2011.

См.также

Примечания

углеводородов | Определение, типы и факты

Алканы, углеводороды, в которых все связи одинарные, имеют молекулярные формулы, которые удовлетворяют общему выражению C n H 2 n + 2 (где n — целое число). Углерод s p 3 гибридизирован (три пары электронов участвуют в связывании, образуя тетраэдрический комплекс), и каждая связь C — C и C — H является сигма-связью ( см. химическая связь. ).В порядке увеличения числа атомов углерода метан (CH 4 ), этан (C 2 H 6 ) и пропан (C 3 H 8 ) являются первыми тремя членами ряда.

Метан, этан и пропан — единственные алканы, однозначно определяемые их молекулярной формулой. Для C 4 H 10 два разных алкана удовлетворяют правилам химической связи (а именно, что углерод имеет четыре связи, а водород — одну в нейтральных молекулах).Одно соединение, называемое n -бутан, где префикс n — обозначает нормальный, имеет четыре атома углерода, связанные в непрерывную цепь. Другой, называемый изобутаном, имеет разветвленную цепь.

Различные соединения, имеющие одинаковую молекулярную формулу, называются изомерами. Говорят, что изомеры, которые различаются по порядку соединения атомов, имеют различное строение и называются изомерами строения. (Старое название — структурные изомеры.) Соединения n -бутан и изобутан являются конституционными изомерами и единственно возможными для формулы C 4 H 10 . Поскольку изомеры представляют собой разные соединения, они могут иметь разные физические и химические свойства. Например, n -бутан имеет более высокую температуру кипения (-0,5 ° C [31,1 ° F]), чем изобутан (-11,7 ° C [10,9 ° F]).

Нет простой арифметической зависимости между числом атомов углерода в формуле и числом изомеров.Теория графов была использована для расчета количества структурно изомерных алканов, возможных для значений n в C n H 2 n + 2 от 1 до 400. Количество структурных изомеров резко увеличивается с увеличением количество атомов углерода увеличивается. Вероятно, не существует верхнего предела возможного количества атомов углерода в углеводородах. Алкан CH 3 (CH 2 ) 388 CH 3 , в котором 390 атомов углерода связаны в непрерывную цепь, был синтезирован в качестве примера так называемого сверхдлинного алкана.Несколько тысяч атомов углерода объединены в молекулы углеводородных полимеров, таких как полиэтилен, полипропилен и полистирол.

Количество возможных изомеров алканов
молекулярная формула количество конституционных изомеров
C 3 H 8 1
C 4 H 10 2
C 5 H 12 3
C 6 H 14 5
C 7 H 16 9
C 8 H 18 18
C 9 H 20 35
C 10 H 22 75
C 15 H 32 4 347
C 20 H 42 366 319
C 30 H 62 4,111,846,763

Необходимость дать каждому соединению уникальное имя требует большего разнообразия терминов, чем это доступно с описательными префиксами, такими как n — и iso-.Присвоение названий органическим соединениям упрощается за счет использования формальных систем номенклатуры. Номенклатура в органической химии бывает двух типов: общая и систематическая. Общие имена возникают по-разному, но имеют общую черту, заключающуюся в отсутствии необходимой связи между именем и структурой. Имя, которое соответствует определенной структуре, нужно просто запомнить, как и выучить имя человека. Систематические названия, с другой стороны, напрямую связаны с молекулярной структурой в соответствии с общепринятым набором правил.Наиболее широко используемые стандарты для номенклатуры органических веществ возникли на основе предложений, сделанных группой химиков, собранных для этой цели в Женеве в 1892 году, и регулярно пересматриваются Международным союзом чистой и прикладной химии (IUPAC). Правила IUPAC регулируют все классы органических соединений, но в конечном итоге основаны на названиях алканов. Соединения из других семейств рассматриваются как производные алканов путем присоединения функциональных групп к углеродному скелету или иным образом его модификации.

Правила ИЮПАК присваивают неразветвленным алканам названия в соответствии с числом их атомов углерода. Метан, этан и пропан сохраняются для CH 4 , CH 3 CH 3 и CH 3 CH 2 CH 3 соответственно. Префикс n — не используется для неразветвленных алканов в систематической номенклатуре ИЮПАК; следовательно, CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 определяется как бутан, а не n -бутан.Начиная с пятиуглеродных цепей, названия неразветвленных алканов состоят из латинского или греческого корня, соответствующего количеству атомов углерода в цепи, за которым следует суффикс -ан. Группа соединений, таких как неразветвленные алканы, которые отличаются друг от друга последовательным введением групп CH 2 , составляют гомологичный ряд.

Названия неразветвленных алканов по ИЮПАК
формула алкана название формула алкана название
Канал 4 метан Канал 3 (Канал 2 ) 6 Канал 3 октановое число
Канал 3 Канал 3 этан Канал 3 (Канал 2 ) 7 Канал 3 нонан
Канал 3 Канал 2 Канал 3 пропан канал 3 (канал 2 ) 8 канал 3 декан
Канал 3 Канал 2 Канал 2 Канал 3 бутан Канал 3 (Канал 2 ) 13 Канал 3 пентадекан
Канал 3 (Канал 2 ) 3 Канал 3 пентан канал 3 (канал 2 ) 18 канал 3 icosane
Канал 3 (Канал 2 ) 4 Канал 3 гексан канал 3 (канал 2 ) 28 канал 3 триаконтан
Канал 3 (Канал 2 ) 5 Канал 3 гептан канал 3 (канал 2 ) 98 канал 3 гектан

Алканы с разветвленными цепями названы на основе названия самой длинной цепи атомов углерода в молекуле, называемой родительской.Показанный алкан имеет семь атомов углерода в самой длинной цепи и поэтому назван производным гептана, неразветвленного алкана, содержащего семь атомов углерода. Положение заместителя CH 3 (метил) в семиуглеродной цепи определяется числом (3-), называемым локантом, полученным путем последовательной нумерации атомов углерода в родительской цепи, начиная с конца, ближайшего к ответвлению. Поэтому соединение называется 3-метилгептаном.

При наличии двух или более идентичных заместителей префиксы репликации (ди-, три-, тетра- и т. Д.) используются вместе с отдельным локантом для каждого заместителя. Различные заместители, такие как этильная (CH 2 CH 3 ) и метильная (―CH 3 ) группы, указаны в алфавитном порядке. При расположении по алфавиту повторяющиеся префиксы игнорируются. В алканах нумерация начинается с конца, ближайшего к заместителю, который появляется первым в цепи, так что углерод, к которому он присоединен, имеет как можно более низкий номер.

Метил и этил являются примерами алкильных групп.Алкильная группа получается из алкана путем удаления одного из его атомов водорода, тем самым оставляя потенциальную точку присоединения. Метил — единственная алкильная группа, производная от метана, а этил — единственная из этана. Имеются две C 3 H 7 и четыре C 4 H 9 алкильные группы. Правила ИЮПАК для наименования алканов и алкильных групп охватывают даже очень сложные структуры и регулярно обновляются. Они недвусмысленны в том смысле, что, хотя одно соединение может иметь более одного правильного названия IUPAC, нет возможности, чтобы два разных соединения имели одно и то же имя.

.

Типы, Классификация, Свойства, Подготовка, Использование

    • БЕСПЛАТНАЯ ЗАПИСЬ КЛАСС
    • КОНКУРСНЫЕ ЭКЗАМЕНА
      • BNAT
      • Классы
        • Класс 1-3
        • Класс 4-5
        • Класс 6-10
        • Класс 110003 CBSE
          • Книги NCERT
            • Книги NCERT для класса 5
            • Книги NCERT, класс 6
            • Книги NCERT для класса 7
            • Книги NCERT для класса 8
            • Книги NCERT для класса 9
            • Книги NCERT для класса 10
            • NCERT Книги для класса 11
            • NCERT Книги для класса 12
          • NCERT Exemplar
            • NCERT Exemplar Class 8
            • NCERT Exemplar Class 9
            • NCERT Exemplar Class 10
            • NCERT Exemplar Class 11
            • 9plar
            • RS Aggarwal
              • Решения RS Aggarwal Class 12
              • RS Aggarwal Class 11 Solutions
              • RS Aggarwal Решения класса 10
              • Решения RS Aggarwal класса 9
              • Решения RS Aggarwal класса 8
              • Решения RS Aggarwal класса 7
              • Решения RS Aggarwal класса 6
            • RD Sharma
              • RD Sharma Class 6 Решения
              • RD Sharma Class 7 Решения
              • Решения RD Sharma класса 8
              • Решения RD Sharma класса 9
              • Решения RD Sharma класса 10
              • Решения RD Sharma класса 11
              • Решения RD Sharma Class 12
            • PHYSICS
              • Механика
              • Оптика
              • Термодинамика
              • Электромагнетизм
            • ХИМИЯ
              • Органическая химия
              • Неорганическая химия
              • Периодическая таблица
            • MATHS
              • Статистика
              • 9000 Pro Числа
              • Числа
              • 9000 Pro Числа Тр Игонометрические функции
              • Взаимосвязи и функции
              • Последовательности и серии
              • Таблицы умножения
              • Детерминанты и матрицы
              • Прибыль и убытки
              • Полиномиальные уравнения
              • Деление фракций
            • Microology
                0003000
            • FORMULAS
              • Математические формулы
              • Алгебраические формулы
              • Тригонометрические формулы
              • Геометрические формулы
            • КАЛЬКУЛЯТОРЫ
              • Математические калькуляторы
              • 0003000
              • 000 Калькуляторы
              • 000 Физические модели 900 Образцы документов для класса 6
              • Образцы документов CBSE для класса 7
              • Образцы документов CBSE для класса 8
              • Образцы документов CBSE для класса 9
              • Образцы документов CBSE для класса 10
              • Образцы документов CBSE для класса 1 1
              • Образцы документов CBSE для класса 12
            • Вопросники предыдущего года CBSE
              • Вопросники предыдущего года CBSE, класс 10
              • Вопросники предыдущего года CBSE, класс 12
            • HC Verma Solutions
              • HC Verma Solutions Класс 11 Физика
              • HC Verma Solutions Класс 12 Физика
            • Решения Лакмира Сингха
              • Решения Лахмира Сингха класса 9
              • Решения Лахмира Сингха класса 10
              • Решения Лакмира Сингха класса 8
            • 9000 Класс
            9000BSE 9000 Примечания3 2 6 Примечания CBSE
          • Примечания CBSE класса 7
          • Примечания
          • Примечания CBSE класса 8
          • Примечания CBSE класса 9
          • Примечания CBSE класса 10
          • Примечания CBSE класса 11
          • Примечания 12 CBSE
        • Примечания к редакции 9000 CBSE 9000 Примечания к редакции класса 9
        • CBSE Примечания к редакции класса 10
        • CBSE Примечания к редакции класса 11
        • Примечания к редакции класса 12 CBSE
      • Дополнительные вопросы CBSE
        • Дополнительные вопросы по математике класса 8 CBSE
        • Дополнительные вопросы по науке 8 класса CBSE
        • Дополнительные вопросы по математике класса 9 CBSE
        • Дополнительные вопросы по математике класса 9 CBSE Вопросы
        • CBSE Class 10 Дополнительные вопросы по математике
        • CBSE Class 10 Science Extra questions
      • CBSE Class
        • Class 3
        • Class 4
        • Class 5
        • Class 6
        • Class 7
        • Class 8 Класс 9
        • Класс 10
        • Класс 11
        • Класс 12
      • Учебные решения
    • Решения NCERT
      • Решения NCERT для класса 11
        • Решения NCERT для класса 11 по физике
        • Решения NCERT для класса 11 Химия
        • Решения NCERT для биологии класса 11
        • Решение NCERT s Для класса 11 по математике
        • NCERT Solutions Class 11 Accountancy
        • NCERT Solutions Class 11 Business Studies
        • NCERT Solutions Class 11 Economics
        • NCERT Solutions Class 11 Statistics
        • NCERT Solutions Class 11 Commerce
      • NCERT Solutions for Class 12
        • Решения NCERT для физики класса 12
        • Решения NCERT для химии класса 12
        • Решения NCERT для биологии класса 12
        • Решения NCERT для математики класса 12
        • Решения NCERT, класс 12, бухгалтерия
        • Решения NCERT, класс 12, бизнес-исследования
        • NCERT Solutions Class 12 Economics
        • NCERT Solutions Class 12 Accountancy Part 1
        • NCERT Solutions Class 12 Accountancy Part 2
        • NCERT Solutions Class 12 Micro-Economics
        • NCERT Solutions Class 12 Commerce
        • NCERT Solutions Class 12 Macro-Economics
      • NCERT Solut Ионы Для класса 4
        • Решения NCERT для математики класса 4
        • Решения NCERT для класса 4 EVS
      • Решения NCERT для класса 5
        • Решения NCERT для математики класса 5
        • Решения NCERT для класса 5 EVS
      • Решения NCERT для класса 6
        • Решения NCERT для математики класса 6
        • Решения NCERT для науки класса 6
        • Решения NCERT для класса 6 по социальным наукам
        • Решения NCERT для класса 6 Английский язык
      • Решения NCERT для класса 7
        • Решения NCERT для математики класса 7
        • Решения NCERT для науки класса 7
        • Решения NCERT для социальных наук класса 7
        • Решения NCERT для класса 7 Английский язык
      • Решения NCERT для класса 8
        • Решения NCERT для математики класса 8
        • Решения NCERT для науки 8 класса
        • Решения NCERT для социальных наук 8 класса ce
        • Решения NCERT для класса 8 Английский
      • Решения NCERT для класса 9
        • Решения NCERT для класса 9 по социальным наукам
      • Решения NCERT для математики класса 9
        • Решения NCERT для математики класса 9 Глава 1
        • Решения NCERT для математики класса 9, глава 2
        • Решения NCERT
        • для математики класса 9, глава 3
        • Решения NCERT для математики класса 9, глава 4
        • Решения NCERT для математики класса 9, глава 5
        • Решения NCERT
        • для математики класса 9, глава 6
        • Решения NCERT для математики класса 9, глава 7
        • Решения NCERT
        • для математики класса 9, глава 8
        • Решения NCERT для математики класса 9, глава 9
        • Решения NCERT для математики класса 9, глава 10
        • Решения NCERT
        • для математики класса 9, глава 11
        • Решения
        • NCERT для математики класса 9 Глава 12
        • Решения NCERT
        • для математики класса 9 Глава 13
        • NCER Решения T для математики класса 9 Глава 14
        • Решения NCERT для математики класса 9 Глава 15
      • Решения NCERT для науки класса 9
        • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 1
        • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 2
        • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 3
        • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 4
        • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 5
        • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 6
        • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 7
        • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 8
        • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 9
        • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 10
        • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 12
        • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 11
        • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 13
        • Решения NCERT
        • для науки класса 9 Глава 14
        • Решения NCERT для класса 9 по науке Глава 15
      • Решения NCERT для класса 10
        • Решения NCERT для класса 10 по социальным наукам
      • Решения NCERT для математики класса 10
        • Решения NCERT для класса 10 по математике Глава 1
        • Решения NCERT для математики класса 10, глава 2
        • Решения NCERT для математики класса 10, глава 3
        • Решения NCERT для математики класса 10, глава 4
        • Решения NCERT для математики класса 10, глава 5
        • Решения NCERT для математики класса 10, глава 6
        • Решения NCERT для математики класса 10, глава 7
        • Решения NCERT для математики класса 10, глава 8
        • Решения NCERT для математики класса 10, глава 9
        • Решения NCERT для математики класса 10, глава 10
        • Решения NCERT для математики класса 10 Глава 11
        • Решения NCERT для математики класса 10 Глава 12
        • Решения NCERT для математики класса 10 Глава ter 13
        • Решения NCERT для математики класса 10 Глава 14
        • Решения NCERT для математики класса 10 Глава 15
      • Решения NCERT для науки класса 10
        • Решения NCERT для класса 10 науки Глава 1
        • Решения NCERT для класса 10 Наука, глава 2
        • Решения NCERT для класса 10, глава 3
        • Решения NCERT для класса 10, глава 4
        • Решения NCERT для класса 10, глава 5
        • Решения NCERT для класса 10, глава 6
        • Решения NCERT для класса 10 Наука, глава 7
        • Решения NCERT для класса 10, глава 8
        • Решения NCERT для класса 10, глава 9
        • Решения NCERT для класса 10, глава 10
        • Решения NCERT для класса 10, глава 11
        • Решения NCERT для класса 10 Наука Глава 12
        • Решения NCERT для класса 10 Наука Глава 13
        • NCERT S Решения для класса 10 по науке Глава 14
        • Решения NCERT для класса 10 по науке Глава 15
        • Решения NCERT для класса 10 по науке Глава 16
      • Программа NCERT
      • NCERT
    • Commerce
      • Class 11 Commerce Syllabus
        • Учебный план класса 11
        • Учебный план класса 11
        • Учебный план экономического факультета 11
      • Учебный план по коммерции класса 12
        • Учебный план класса 12
        • Учебный план класса 12
        • Учебный план
        • Класс 12 Образцы документов для торговли
          • Образцы документов для предприятий класса 11
          • Образцы документов для коммерческих предприятий класса 12
        • TS Grewal Solutions
          • TS Grewal Solutions Class 12 Accountancy
          • TS Grewal Solutions Class 11 Accountancy
        • Отчет о движении денежных средств 9 0004
        • Что такое предпринимательство
        • Защита прав потребителей
        • Что такое основные средства
        • Что такое баланс
        • Что такое фискальный дефицит
        • Что такое акции
        • Разница между продажами и маркетингом
      03
    • ICC
    • Образцы документов ICSE
    • Вопросы ICSE
    • ML Aggarwal Solutions
      • ML Aggarwal Solutions Class 10 Maths
      • ML Aggarwal Solutions Class 9 Maths
      • ML Aggarwal Solutions Class 8 Maths
      • ML Aggarwal Solutions Class 7 Maths Решения Математика класса 6
    • Решения Селины
      • Решения Селины для класса 8
      • Решения Селины для класса 10
      • Решение Селины для класса 9
    • Решения Фрэнка
      • Решения Фрэнка для математики класса 10
      • Франк Решения для математики 9 класса
      9000 4
    • ICSE Class
      • ICSE Class 6
      • ICSE Class 7
      • ICSE Class 8
      • ICSE Class 9
      • ICSE Class 10
      • ISC Class 11
      • ISC Class 12
  • IC
    • 900 Экзамен IAS
    • Экзамен по государственной службе
    • Программа UPSC
    • Бесплатная подготовка к IAS
    • Текущие события
    • Список статей IAS
    • Пробный тест IAS 2019
      • Пробный тест IAS 2019 1
      • Пробный тест IAS4
      2
    • Комиссия по государственным услугам
      • Экзамен KPSC KAS
      • Экзамен UPPSC PCS
      • Экзамен MPSC
      • Экзамен RPSC RAS ​​
      • TNPSC Group 1
      • APPSC Group 1
      • Экзамен BPSC
      • Экзамен WPSC
      • Экзамен JPSC
      • Экзамен GPSC
    • Вопросник UPSC 2019
      • Ответный ключ UPSC 2019
    • 900 10 Коучинг IAS
      • Коучинг IAS Бангалор
      • Коучинг IAS Дели
      • Коучинг IAS Ченнаи
      • Коучинг IAS Хайдарабад
      • Коучинг IAS Мумбаи
  • JEE4
  • 9000 JEE 9000 JEE 9000 Advanced
  • Образец статьи JEE
  • Вопросник JEE
  • Биномиальная теорема
  • Статьи JEE
  • Квадратное уравнение
  • NEET
    • Программа BYJU NEET
    • NEET 2020
    • NEET Eligibility
    • NEET Eligibility
    • NEET Eligibility 2020 Подготовка
    • NEET Syllabus
    • Support
      • Разрешение жалоб
      • Служба поддержки
      • Центр поддержки
  • Государственные советы
    • GSEB
      • GSEB Syllabus
      • GSEB Образец 003 GSEB Books
    • MSBSHSE
      • MSBSHSE Syllabus
      • MSBSHSE Учебники
      • MSBSHSE Образцы статей
      • MSBSHSE Вопросы
    • AP Board
    • AP Board
    • AP Board
        9000
      • AP 2 Year Syllabus
    • MP Board
      • MP Board Syllabus
      • MP Board Образцы документов
      • MP Board Учебники
    • Assam Board
      • Assam Board Syllabus
      • Assam Board
      • Assam Board
      • Assam Board Документы
    • BSEB
      • Bihar Board Syllabus
      • Bihar Board Учебники
      • Bihar Board Question Papers
      • Bihar Board Model Papers
    • BSE Odisha
      • Odisha Board
      • Odisha Board
        • Odisha Board 9000
        • ПСЕБ 9 0002
        • PSEB Syllabus
        • PSEB Учебники
        • PSEB Вопросы и ответы
      • RBSE
        • Rajasthan Board Syllabus
        • RBSE Учебники
        • RBSE
        • RBSE
        • 000 HPOSE
        • 000 HPOSE
        • 000
        • 000 HPOSE
        • 000
        • 000 HPOSE
        • 000
        • 000 0003 Контрольные документы
      • JKBOSE
        • JKBOSE Syllabus
        • JKBOSE Образцы документов
        • Шаблон экзамена JKBOSE
      • TN Board
        • TN Board Syllabus
        • 9000 Papers 9000 TN Board Syllabus 9000 Книги
      • JAC
        • Программа обучения JAC
  • .

    Что такое углеводороды? (с иллюстрациями)

    Углеводороды — это органические химические соединения, которые полностью состоят из углерода и водорода и варьируются от простых молекул, таких как метан, до полимеров, таких как полистирол, который состоит из тысяч атомов. Способность атомов углерода прочно связываться друг с другом позволяет им образовывать практически неограниченное количество цепочек, колец и других структур, которые образуют основы органических молекул. Поскольку каждый атом может образовывать четыре связи, эти основные цепи включают другие элементы, такие как водород.Эти соединения легко воспламеняются, поскольку два содержащихся в них элемента легко соединяются с кислородом воздуха, выделяя энергию. Ископаемые виды топлива, такие как нефть и природный газ, представляют собой смеси углеводородов природного происхождения; уголь также содержит некоторое количество, хотя в основном это просто углерод.

    Насосная машина выводит нефть на поверхность.
    Структура и правила наименования

    Названия углеводородов соответствуют определенным соглашениям, хотя во многих случаях соединения могут быть лучше известны под старыми названиями. В современной системе первая часть имени представляет собой количество атомов углерода в молекуле: в возрастающей последовательности первые восемь имеют префикс meth-, eth-, prop-, but-, pent-, hex-, hept. — и окт — .Соединения, в которых все атомы углерода связаны одинарными связями, вместе известны как алканов и имеют названия, оканчивающиеся на –ан. Следовательно, первые восемь алканов — это метан, этан, пропан, бутан, пентан, гексан, гептан и октан.

    Сырая нефть — это природная смесь углеводородов.

    Атомы углерода могут также образовывать двойные или тройные связи друг с другом. Молекулы с двойными связями известны как алкены и имеют названия, оканчивающиеся на –ene , в то время как молекулы с тройными связями называются алкинами, а их названия заканчиваются на -yne . Молекулы, которые имеют только одинарные связи, содержат максимально возможное количество атомов водорода и поэтому описываются как насыщенные. Там, где есть двойные или тройные связи, меньше мест для водорода, поэтому эти соединения описываются как ненасыщенные.

    Сырая нефть разделяется на такие продукты, как бензин и керосин, в крекинг-башнях на нефтеперерабатывающих заводах.

    В качестве простого примера, этан имеет два атома углерода, соединенных простой связью, каждый из которых может связываться с тремя атомами водорода, поэтому его химическая формула C 2 H 6 , и это алкан.В этене есть двойная связь углерод-углерод, поэтому он может иметь только четыре атома водорода, что делает его алкеном с формулой C 2 H 4 . Этин имеет тройную связь, что дает ему формулу C 2 H 2 , что делает его алкином. Это соединение более известно как ацетилен.

    Углеводороды используются как пропелленты для аэрозолей.

    Атомы углерода могут также образовывать кольца. Алканы с кольцами имеют названия, начинающиеся с цикло- . Следовательно, циклогексан представляет собой алкан с шестью атомами углерода, соединенными одинарными связями таким образом, чтобы образовать кольцо. Также возможно кольцо с чередующимися одинарными и двойными связями, известное как бензольное кольцо. Углеводороды, содержащие бензольное кольцо, известны как ароматические, потому что многие из них имеют приятный запах.

    У некоторых молекул углеводородов есть разветвленные цепи.Бутан, который обычно состоит из одной цепи, может существовать в форме, в которой один атом углерода связан с двумя другими, образуя ответвление. Эти альтернативные формы молекулы известны как изомеры. Разветвленный изомер бутана известен как изобутан.

    Производство

    Большая часть углеводородов производится из ископаемых видов топлива: угля, нефти и природного газа, которые добываются из земли в количествах миллионов тонн в день.Сырая нефть в основном представляет собой смесь множества различных алканов и циклоалканов с некоторыми ароматическими соединениями. Они могут быть отделены друг от друга на нефтеперерабатывающих заводах путем перегонки из-за разной температуры кипения. Другой используемый процесс известен как «крекинг»: катализаторы используются для разрушения некоторых более крупных молекул на более мелкие, которые более полезны в качестве топлива.

    Недвижимость

    Вообще говоря, чем сложнее углеводород, тем выше его температуры плавления и кипения.Например, более простые типы, такие как метан, этан и пропан, с одним, двумя и тремя атомами углерода, соответственно, являются газами. Многие формы являются жидкостями: примерами являются гексан и октан. Твердые формы включают парафиновый воск — смесь молекул, содержащих от 20 до 40 атомов углерода, и различные полимеры, состоящие из цепочек из тысяч атомов, такие как полиэтилен.

    Наиболее заметными химическими свойствами углеводородов являются их воспламеняемость и способность образовывать полимеры.Те, что являются газами или жидкостями, будут реагировать с кислородом в воздухе, производя углекислый газ (CO 2 ) и воду, а также выделяя энергию в виде света и тепла. Для начала реакции необходимо подвести некоторую энергию, но если она начнется, то она будет самоподдерживающейся: эти соединения будут гореть, как показано на примере зажигания газовой плиты спичкой или искрой. Твердые формы также будут гореть, но не так легко. В некоторых случаях не весь углерод образует CO 2 ; Некоторые типы сажи и дыма могут образовываться при горении на воздухе, а при недостаточном поступлении кислорода любой углеводород может выделять токсичный газ без запаха — монооксид углерода (CO).

    использует

    Воспламеняемость углеводородов делает их очень полезными в качестве топлива, и они являются основным источником энергии для современной цивилизации.Во всем мире большая часть электроэнергии вырабатывается при сжигании этих соединений, и они используются для приведения в движение практически любой мобильной техники: автомобилей, грузовиков, поездов, самолетов и кораблей. Они также используются при производстве многих других химикатов и материалов. Например, большинство пластиков представляют собой углеводородные полимеры. Другие применения включают растворители, смазочные материалы и пропелленты для аэрозольных баллончиков.

    Проблемы с ископаемым топливом

    Углеводороды были очень успешным источником топлива в течение последних двухсот лет или около того, но все чаще звучат призывы сократить их использование.При их сгорании образуется дым и сажа, вызывая серьезные проблемы с загрязнением в некоторых районах. Он также производит большое количество CO 2 . Среди ученых широко распространено мнение о том, что повышение уровня этого газа в атмосфере помогает удерживать тепло, повышая глобальную температуру и изменяя климат Земли.

    Кроме того, ископаемое топливо не вечно.При нынешних темпах сжигания топлива нефть может закончиться менее чем за столетие, а уголь — через несколько столетий. Все это привело к призывам к развитию возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергия, а также к строительству большего количества атомных электростанций, которые производят нулевые выбросы CO 2 . В 2007 году Нобелевская премия мира была присуждена бывшему вице-президенту США Элу Гору и Межправительственной группе экспертов ООН по изменению климата за их работу по подтверждению и распространению идеи о том, что сгорание углеводородов в значительной степени отвечает за глобальное потепление.

    Углеводороды состоят из атомов водорода и углерода. .

    углеводородов | Определение, типы и факты

    Алканы, углеводороды, в которых все связи одинарные, имеют молекулярные формулы, которые удовлетворяют общему выражению C n H 2 n + 2 (где n — целое число). Углерод s p 3 гибридизирован (три пары электронов участвуют в связывании, образуя тетраэдрический комплекс), и каждая связь C — C и C — H является сигма-связью ( см. химическая связь. ).В порядке увеличения числа атомов углерода метан (CH 4 ), этан (C 2 H 6 ) и пропан (C 3 H 8 ) являются первыми тремя членами ряда.

    Метан, этан и пропан — единственные алканы, однозначно определяемые их молекулярной формулой. Для C 4 H 10 два разных алкана удовлетворяют правилам химической связи (а именно, что углерод имеет четыре связи, а водород — одну в нейтральных молекулах).Одно соединение, называемое n -бутан, где префикс n — обозначает нормальный, имеет четыре атома углерода, связанные в непрерывную цепь. Другой, называемый изобутаном, имеет разветвленную цепь.

    Различные соединения, имеющие одинаковую молекулярную формулу, называются изомерами. Говорят, что изомеры, которые различаются по порядку соединения атомов, имеют различное строение и называются изомерами строения. (Старое название — структурные изомеры.) Соединения n -бутан и изобутан являются конституционными изомерами и единственно возможными для формулы C 4 H 10 . Поскольку изомеры представляют собой разные соединения, они могут иметь разные физические и химические свойства. Например, n -бутан имеет более высокую температуру кипения (-0,5 ° C [31,1 ° F]), чем изобутан (-11,7 ° C [10,9 ° F]).

    Нет простой арифметической зависимости между числом атомов углерода в формуле и числом изомеров.Теория графов была использована для расчета количества структурно изомерных алканов, возможных для значений n в C n H 2 n + 2 от 1 до 400. Количество структурных изомеров резко увеличивается с увеличением количество атомов углерода увеличивается. Вероятно, не существует верхнего предела возможного количества атомов углерода в углеводородах. Алкан CH 3 (CH 2 ) 388 CH 3 , в котором 390 атомов углерода связаны в непрерывную цепь, был синтезирован в качестве примера так называемого сверхдлинного алкана.Несколько тысяч атомов углерода объединены в молекулы углеводородных полимеров, таких как полиэтилен, полипропилен и полистирол.

    Количество возможных изомеров алканов
    молекулярная формула количество конституционных изомеров
    C 3 H 8 1
    C 4 H 10 2
    C 5 H 12 3
    C 6 H 14 5
    C 7 H 16 9
    C 8 H 18 18
    C 9 H 20 35
    C 10 H 22 75
    C 15 H 32 4 347
    C 20 H 42 366 319
    C 30 H 62 4,111,846,763

    Необходимость дать каждому соединению уникальное имя требует большего разнообразия терминов, чем это доступно с описательными префиксами, такими как n — и iso-.Присвоение названий органическим соединениям упрощается за счет использования формальных систем номенклатуры. Номенклатура в органической химии бывает двух типов: общая и систематическая. Общие имена возникают по-разному, но имеют общую черту, заключающуюся в отсутствии необходимой связи между именем и структурой. Имя, которое соответствует определенной структуре, нужно просто запомнить, как и выучить имя человека. Систематические названия, с другой стороны, напрямую связаны с молекулярной структурой в соответствии с общепринятым набором правил.Наиболее широко используемые стандарты для номенклатуры органических веществ возникли на основе предложений, сделанных группой химиков, собранных для этой цели в Женеве в 1892 году, и регулярно пересматриваются Международным союзом чистой и прикладной химии (IUPAC). Правила IUPAC регулируют все классы органических соединений, но в конечном итоге основаны на названиях алканов. Соединения из других семейств рассматриваются как производные алканов путем присоединения функциональных групп к углеродному скелету или иным образом его модификации.

    Правила ИЮПАК присваивают неразветвленным алканам названия в соответствии с числом их атомов углерода. Метан, этан и пропан сохраняются для CH 4 , CH 3 CH 3 и CH 3 CH 2 CH 3 соответственно. Префикс n — не используется для неразветвленных алканов в систематической номенклатуре ИЮПАК; следовательно, CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 определяется как бутан, а не n -бутан.Начиная с пятиуглеродных цепей, названия неразветвленных алканов состоят из латинского или греческого корня, соответствующего количеству атомов углерода в цепи, за которым следует суффикс -ан. Группа соединений, таких как неразветвленные алканы, которые отличаются друг от друга последовательным введением групп CH 2 , составляют гомологичный ряд.

    Названия неразветвленных алканов по ИЮПАК
    формула алкана название формула алкана название
    Канал 4 метан Канал 3 (Канал 2 ) 6 Канал 3 октановое число
    Канал 3 Канал 3 этан Канал 3 (Канал 2 ) 7 Канал 3 нонан
    Канал 3 Канал 2 Канал 3 пропан канал 3 (канал 2 ) 8 канал 3 декан
    Канал 3 Канал 2 Канал 2 Канал 3 бутан Канал 3 (Канал 2 ) 13 Канал 3 пентадекан
    Канал 3 (Канал 2 ) 3 Канал 3 пентан канал 3 (канал 2 ) 18 канал 3 icosane
    Канал 3 (Канал 2 ) 4 Канал 3 гексан канал 3 (канал 2 ) 28 канал 3 триаконтан
    Канал 3 (Канал 2 ) 5 Канал 3 гептан канал 3 (канал 2 ) 98 канал 3 гектан

    Алканы с разветвленными цепями названы на основе названия самой длинной цепи атомов углерода в молекуле, называемой родительской.Показанный алкан имеет семь атомов углерода в самой длинной цепи и поэтому назван производным гептана, неразветвленного алкана, содержащего семь атомов углерода. Положение заместителя CH 3 (метил) в семиуглеродной цепи определяется числом (3-), называемым локантом, полученным путем последовательной нумерации атомов углерода в родительской цепи, начиная с конца, ближайшего к ответвлению. Поэтому соединение называется 3-метилгептаном.

    При наличии двух или более идентичных заместителей префиксы репликации (ди-, три-, тетра- и т. Д.) используются вместе с отдельным локантом для каждого заместителя. Различные заместители, такие как этильная (CH 2 CH 3 ) и метильная (―CH 3 ) группы, указаны в алфавитном порядке. При расположении по алфавиту повторяющиеся префиксы игнорируются. В алканах нумерация начинается с конца, ближайшего к заместителю, который появляется первым в цепи, так что углерод, к которому он присоединен, имеет как можно более низкий номер.

    Метил и этил являются примерами алкильных групп.Алкильная группа получается из алкана путем удаления одного из его атомов водорода, тем самым оставляя потенциальную точку присоединения. Метил — единственная алкильная группа, производная от метана, а этил — единственная из этана. Имеются две C 3 H 7 и четыре C 4 H 9 алкильные группы. Правила ИЮПАК для наименования алканов и алкильных групп охватывают даже очень сложные структуры и регулярно обновляются. Они недвусмысленны в том смысле, что, хотя одно соединение может иметь более одного правильного названия IUPAC, нет возможности, чтобы два разных соединения имели одно и то же имя.

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *