Bawo ni Erogba Fiber Ṣe?

Awọn iṣelọpọ, lilo, ati ọjọ iwaju ti agbara, ohun elo iwuwo fẹẹrẹ

Tun npe ni graphite okun tabi erogba graphite, erogba okun oriširiši pupọ tinrin strands ti erogba ano.Awọn okun wọnyi ni agbara fifẹ giga ati pe o lagbara pupọ fun iwọn wọn.Ni otitọ, ọna kan ti okun erogba — carbon nanotube — ni a ka si ohun elo ti o lagbara julọ ti o wa.Awọn ohun elo okun erogba pẹlu ikole, imọ-ẹrọ, aye afẹfẹ, awọn ọkọ ayọkẹlẹ ti o ga julọ, ohun elo ere idaraya, ati awọn ohun elo orin.Ni aaye agbara, okun erogba ni a lo ni iṣelọpọ awọn abẹfẹlẹ afẹfẹ, ibi ipamọ gaasi adayeba, ati awọn sẹẹli epo fun gbigbe.Ninu ile-iṣẹ ọkọ ofurufu, o ni awọn ohun elo ni mejeeji ologun ati ọkọ ofurufu ti iṣowo, ati awọn ọkọ oju-ọkọ ofurufu ti ko ni eniyan.Fun iṣawari epo, o nlo ni iṣelọpọ awọn iru ẹrọ liluho omi jinlẹ ati awọn paipu.

Fast Facts: Erogba Okun Statistics

• Okun erogba kọọkan jẹ marun si 10 microns ni iwọn ila opin.Lati fun ọ ni oye bi iyẹn ṣe kere to, micron kan (um) jẹ 0.000039 inches.Okun kan ti siliki Spiderweb jẹ igbagbogbo laarin awọn microns mẹta si mẹjọ.
• Awọn okun erogba jẹ lemeji bi lile bi irin ati ni igba marun ni agbara bi irin, (fun ẹyọkan iwuwo).Wọn tun jẹ sooro kemikali gaan ati ni ifarada iwọn otutu giga pẹlu imugboroja igbona kekere.

Awọn ohun elo aise
Okun erogba jẹ lati awọn polima Organic, eyiti o ni awọn okun gigun ti awọn moleku ti o wa papọ nipasẹ awọn ọta erogba.Pupọ awọn okun erogba (nipa 90%) ni a ṣe lati ilana polyacrylonitrile (PAN).Iwọn kekere kan (bii 10%) ni a ṣe lati rayon tabi ilana ipolowo epo.

Awọn gaasi, awọn olomi, ati awọn ohun elo miiran ti a lo ninu ilana iṣelọpọ ṣẹda awọn ipa kan pato, awọn agbara, ati awọn onipò ti okun erogba.Awọn olupilẹṣẹ okun carbon lo awọn agbekalẹ ohun-ini ati awọn akojọpọ awọn ohun elo aise fun awọn ohun elo ti wọn gbejade ati ni gbogbogbo, wọn tọju awọn agbekalẹ kan pato bi awọn aṣiri iṣowo.

Okun erogba ti o ga julọ pẹlu modulus ti o munadoko julọ (iwọn igbagbogbo tabi olusọdipúpọ ti a lo lati ṣalaye alefa nọmba kan eyiti nkan kan ni ohun-ini kan pato, gẹgẹ bi rirọ) awọn ohun-ini ni lilo awọn ohun elo ibeere bii afẹfẹ.

Ilana iṣelọpọ
Ṣiṣẹda okun erogba jẹ mejeeji awọn ilana kemikali ati ẹrọ.Awọn ohun elo aise, ti a mọ si awọn iṣaju, ni a fa sinu awọn okun gigun ati lẹhinna kikan si awọn iwọn otutu giga ni agbegbe anaerobic (atẹgun ti ko ni atẹgun).Dipo ki o sun, ooru gbigbona nfa ki awọn ọta okun lati mì ni agbara ti o fẹrẹ jẹ pe gbogbo awọn ọta ti kii ṣe erogba ni a le jade.

Lẹhin ti ilana carbonization ti pari, okun ti o ku jẹ ti gigun, awọn ẹwọn atomiki erogba ti o ni titiipa pẹlu diẹ tabi ko si awọn ọta erogba ti kii ṣe erogba.Awọn okun wọnyi ti wa ni hun lẹhinna sinu aṣọ tabi ni idapo pẹlu awọn ohun elo miiran ti o jẹ ọgbẹ filamenti tabi ṣe sinu awọn apẹrẹ ati titobi ti o fẹ.

Awọn apakan marun wọnyi jẹ aṣoju ninu ilana PAN fun iṣelọpọ okun erogba:

• Alayipo.PAN ti wa ni idapo pelu awọn eroja miiran ati ki o yi lọ sinu awọn okun, eyi ti o ti wa ni fo ati ki o na.
• Iduroṣinṣin.Awọn okun faragba iyipada kemikali lati ṣe imuduro imudara.
• Carbonizing.Awọn okun imuduro jẹ kikan si iwọn otutu ti o ga pupọ ti o n ṣe awọn kirisita erogba ti o ni asopọ ni wiwọ.
• Atọju dada.Ilẹ ti awọn okun jẹ oxidized lati mu ilọsiwaju awọn ohun-ini imora.
• Titobi.Awọn okun ti wa ni bo ati egbo sori awọn bobbins, eyiti a kojọpọ sori awọn ẹrọ alayipo ti o yi awọn okun sinu awọn yarn titobi oriṣiriṣi.Dipo ki a hun sinu awọn aṣọ, awọn okun tun le ṣe agbekalẹ sinu awọn ohun elo akojọpọ, ni lilo ooru, titẹ, tabi igbale lati so awọn okun pọ pẹlu polima ike kan.

Erogba nanotubes ti wa ni ti ṣelọpọ nipasẹ kan yatọ si ilana ju boṣewa erogba awọn okun.Ti a ni ifoju pe o lagbara ni awọn akoko 20 ju awọn iṣaju wọn lọ, awọn nanotubes jẹ eke ni awọn ileru ti o gba awọn laser lati sọ awọn patikulu erogba di pupọ.

Awọn italaya iṣelọpọ
Ṣiṣẹda awọn okun erogba gbe ọpọlọpọ awọn italaya, pẹlu:

• Awọn nilo fun diẹ iye owo-doko imularada ati titunṣe
• Awọn idiyele iṣelọpọ ti ko duro fun diẹ ninu awọn ohun elo: Fun apẹẹrẹ, botilẹjẹpe imọ-ẹrọ tuntun wa labẹ idagbasoke, nitori awọn idiyele idinamọ, lilo okun erogba ni ile-iṣẹ mọto ayọkẹlẹ lọwọlọwọ ni opin si iṣẹ giga ati awọn ọkọ ayọkẹlẹ igbadun.
• Ilana itọju dada gbọdọ wa ni iṣakoso ni pẹkipẹki lati yago fun ṣiṣẹda awọn ọfin ti o ja si awọn okun ti ko ni abawọn.
• Iṣakoso sunmọ ti o nilo lati rii daju pe didara ni ibamu
• Awọn ọran ilera ati ailewu pẹlu awọ ara ati irritation mimi
• Arcing ati awọn kukuru ninu ohun elo itanna nitori iṣiṣẹ elekitiro-agbara ti awọn okun erogba

Ojo iwaju ti Erogba Okun
Bi imọ-ẹrọ okun erogba ti n tẹsiwaju lati dagbasoke, awọn aye fun okun erogba yoo ṣe iyatọ ati pọ si.Ni Ile-ẹkọ Imọ-ẹrọ Massachusetts, ọpọlọpọ awọn ijinlẹ ti o dojukọ okun erogba ti n ṣafihan adehun nla ti ileri tẹlẹ fun ṣiṣẹda imọ-ẹrọ iṣelọpọ tuntun ati apẹrẹ lati pade ibeere ile-iṣẹ ti n ṣafihan.

MIT Associate Ọjọgbọn ti Mechanical Engineering John Hart, aṣáájú-ọnà nanotube kan, ti n ṣiṣẹ pẹlu awọn ọmọ ile-iwe rẹ lati yi imọ-ẹrọ pada fun iṣelọpọ, pẹlu wiwo awọn ohun elo tuntun lati ṣee lo ni apapo pẹlu awọn atẹwe 3D ti iṣowo."Mo beere lọwọ wọn lati ronu patapata kuro ni awọn irin-ajo;ti wọn ba le loyun itẹwe 3-D ti ko ṣe tẹlẹ tabi ohun elo ti o wulo ti ko le ṣe titẹ ni lilo awọn atẹwe lọwọlọwọ,” Hart salaye.

Awọn abajade jẹ awọn ẹrọ apẹrẹ ti o tẹ gilasi didà, yinyin ipara-iṣẹ rirọ-ati awọn akojọpọ okun erogba.Gẹgẹbi Hart, awọn ẹgbẹ ọmọ ile-iwe tun ṣẹda awọn ẹrọ ti o le mu “iṣan ti o jọra agbegbe nla ti awọn polima” ati ṣe “iṣayẹwo opiti situ” ti ilana titẹ sita.

Ni afikun, Hart ṣiṣẹ pẹlu Ọjọgbọn MIT Associate ti Kemistri Mircea Dinca lori ifowosowopo ọdun mẹta ti o pari laipẹ pẹlu Automobili Lamborghini lati ṣe iwadii awọn iṣeeṣe ti okun erogba tuntun ati awọn ohun elo akojọpọ ti o le ni ọjọ kan kii ṣe “mu ki ara pipe ti ọkọ ayọkẹlẹ jẹ ti a lo bi eto batiri,” ṣugbọn o yori si “fẹẹrẹfẹ, awọn ara ti o ni okun sii, awọn oluyipada catalytic ti o munadoko diẹ sii, awọ tinrin, ati imudara gbigbe ooru-ọkọ oju-irin [lapapọ].”

Pẹlu iru awọn aṣeyọri iyalẹnu ni iwaju, kii ṣe iyalẹnu pe ọja fiber carbon ti jẹ iṣẹ akanṣe lati dagba lati $ 4.7 bilionu ni ọdun 2019 si $ 13.3 bilionu nipasẹ ọdun 2029, ni iwọn idagba lododun (CAGR) ti 11.0% (tabi diẹ ga julọ) ju akoko kanna ti akoko.

Awọn orisun

• McConnell, Vicki.“Ṣiṣe Fiber Erogba.”CompositeWorld.Oṣu kejila ọjọ 19, Ọdun 2008
• Sherman, Don.“Ni ikọja Okun Erogba: Ohun elo Ilọsiwaju atẹle jẹ Awọn Igba 20 Ni okun sii.”Ọkọ ayọkẹlẹ ati Awakọ.Oṣu Kẹta Ọjọ 18, Ọdun 2015
• Randall, Danielle.“Awọn oniwadi MIT ṣe ifọwọsowọpọ pẹlu Lamborghini lati ṣe agbekalẹ ọkọ ayọkẹlẹ onina kan ti ọjọ iwaju.”MITMECHE / Ninu Awọn iroyin: Ẹka Kemistri.Oṣu kọkanla ọjọ 16, Ọdun 2017
• “Ọja Fiber Carbon nipasẹ Ohun elo Raw (PAN, Pitch, Rayon), Iru Fiber (Virgin, Tunlo), Iru Ọja, Modulus, Ohun elo (Akopọ, Ti kii ṣe akopọ), Ile-iṣẹ lilo ipari (A & D, Automotive, Agbara Afẹfẹ ), ati Ekun-Asọtẹlẹ Agbaye si 2029.MarketsandOja™.Oṣu Kẹsan 2019