1. Podstawowe właściwości włókna węglowego
Włókno węglowe to nowy rodzaj materiału włóknistego o wysokiej wytrzymałości i wysokim module sprężystości, o zawartości węgla przekraczającej 90%.
- Włókno węglowe ma wiele doskonałych właściwości, takich jak wysoka wytrzymałość, niska gęstość, odporność na wysoką temperaturę, odporność na korozję itp. Jest szeroko stosowane w wielu dziedzinach, takich jak przemysł lotniczy, produkcja samochodów, sprzęt sportowy itp. W dziedzinie lotnictwa i kosmonautyki, ze względu na niewielką wagę i wysoką wytrzymałość może zmniejszyć masę samolotu i poprawić efektywność paliwową. W sprzęcie sportowym, takim jak wysokiej klasy rowery i kije golfowe, zastosowanie włókna węglowego może poprawić wydajność.
2. Charakterystyka strukturalna i temperatura topnienia włókna węglowego
- Struktura włókna węglowego składa się głównie z pierwiastków węglowych w postaci mikrokryształów grafitu. Taka struktura sprawia, że włókno węglowe jest bardzo stabilne. Z punktu widzenia wiązań chemicznych wiązania węgiel-węgiel (wiązania CC) we włóknie węglowym są bardzo silne.
- Temperatura topnienia włókna węglowego jest bardzo wysoka. Pod normalnym ciśnieniem włókno węglowe prawie się nie topi. Dzieje się tak dlatego, że zniszczenie jego wewnętrznej silnej struktury wiązań węgiel-węgiel wymaga niezwykle dużej energii. Ogólnie rzecz biorąc, gdy temperatura wzrośnie do pewnego poziomu, włókno węglowe przejdzie reakcję utleniania w obecności tlenu, zamiast topić się jak zwykłe metale lub niektóre materiały o niskiej temperaturze topnienia. Na przykład w środowisku o wysokiej temperaturze wokół silnika samolotu włókno węglowe nie stopi się, ale zachowa swoją stabilność strukturalną i będzie odgrywać rolę materiału wzmacniającego.
3. Wydajność włókna węglowego w wysokich temperaturach
- W środowisku o wysokiej temperaturze włókno węglowe będzie wykazywać pewne szczególne właściwości. Oprócz wyżej wspomnianej trudności w topieniu, może również utrzymać pewną wytrzymałość. Dzięki temu można go stosować w środowiskach przemysłowych o wysokiej temperaturze lub w pobliżu części przemysłu lotniczego o wysokiej temperaturze. Jednakże wraz ze wzrostem temperatury wytrzymałość włókna węglowego będzie stopniowo spadać.
- Kiedy temperatura wzrośnie do pewnego poziomu (zwykle około 2000-3000 stopnia, konkretna wartość będzie się różnić w zależności od rodzaju włókna węglowego i procesu produkcyjnego), włókno węglowe ulegnie zmianom strukturalnym, takim jak wzrost stopień grafityzacji, ale nadal się nie stopi. Ta szczególna wydajność w wysokich temperaturach sprawia, że włókno węglowe jest niezastąpione w dziedzinach wymagających materiałów odpornych na wysokie temperatury.
