Süsinikkiud: erinevus redaktsioonide vahel
Eemaldatud sisu Lisatud sisu
Kruusamägi (arutelu | kaastöö) PResümee puudub |
P Korrastasin skripti abil viiteid |
||
8. rida:
==Ajalugu==
Aastal 1958 lõi [[Roger Bacon (füüsik)|Roger Bacon]] suure jõudlusega süsinikkiud Parma Karbiidide Seltsi tehnoloogiakeskuses. Nüüd kutsutakse seda GrafTechi ülemaailmseks osakute ühinguks ja see asub [[Cleveland]]i lähedal [[Ohio]]s. <ref
Suure jõuvaru tugevusega süsinikkiu lõid 1963. aastal W. Watt, L. N. Phillips ja W. Johnson, kes töötasid Kuninglikus Lennundusasutuses [[Farnborough]]’s, mis asub [[Hampshire]]’is. Tootmine [[patent|patenteeriti]] Ühendkuningriigi kaitseministeeriumis. Seejärel litsentseeris Rahvusliku Uuringu ja Arengu ettevõte protsessi kolmele Briti firmale: [[Rolls-Royce]] (kes juba valmistas süsinikkiudu), [[Morganite]] ja [[Courtaulds]]. Nad suutsid luua tööstusliku süsinikkiu tootmiseks vajalikud tööstusruumid mõne aastaga. Rolls-Royce kasutas ära uue materjali omadused, et tungida Ameerika turule oma [[RB-211]] lennumootoritega.
24. rida:
==Struktuur==
Iga [[süsinikkiuniit]] on puntras miljoni [[süsinikniit|süsinikniidiga]]. Üksik niit on õhuke toruke, mille diameeter on 5–8 [[mikromeeter|mikromeetrit]] ja sisaldab ainult [[süsinik|süsinikku]]. Esimesed süsinikkiu diameetrid olid 7–8 [[mikromeeter|mikromeetrit]]. Hiljem saadi kiu diameetrit vähendada kuni 5 mikromeetrini.<ref name="cantwell
[[Pilt:Cfaser haarrp.jpg|thumb|6 μm diameetriga süsinikniit (pealmine) võrdluses juuksekarvaga (alumine)]]
31. rida:
==Rakendused==
Süsinikkiudu kasutatakse enamjaolt [[materjal|materjalide]] tugevdamisel, eriti materjaliklasside puhul nagu süsinikkiu- ja grafiidipolümeerid. Mitte[[polümeerne|polümeerseid]] materjale saab kasutada ka süsinikkiu [[maatriks|maatriksina]]. Tulenevalt [[metall|metalli]] [[karbiid|karbiidide]] moodustamisest ja [[korrosioon|korrosiooni]] kaalutlustest on süsinik piiramatult edenenud metalli maatriksi ühendite rakendustes. [[Tugevdatud süsinik-süsink]] (RCC) sisaldab süsinikku, mille kiud on tugevdatud [[grafiit|grafiidist]]. Tugevdatud süsinik-süsinikku kasutatakse ehituslikult kõrge temperatuuri aladel. Kuid samuti leiab kasutust kõrge temperatuuriga [[gaas|gaaside]] [[filtreerimine|filtreerimisel]] ja ka [[Antistaatiline|antistaatilise]] komponendina. Vormitud õhukese kihiga süsinikkiud täiustab märgatavalt [[polümeerid|polümeeride]] või termokõvendavate ühendite vastupidavust tulel, sest nad on tihked. Kompaktsete süsinikkiudude kihid [[peegeldama|peegeldavad]] tõhusalt kuumust.<ref
Ülemaailmne vajadus süsinikkiu ühendite järgi on hinnatud umbkaudselt 10,8 miljardit USA dollarit aastal 2009, millest vähenes 8–10% eelmisest aastast. Eeldatakse, et aastaks 2012 ulatub see summa 13,2 miljardi USA dollarini ja tõuseb aastaks 2015 kuni 18,6 miljardi USA dollarini, mille iga-aastane kasvuprotsent on 7 või enam. Suurimad nõuded tulevad [[lennundus|lennunduse]], [[tuuleenergia]] ja samuti ka [[autotööstus|autotööstuse]] valdkondadest.<ref
==Süntees==
[[Pilt:PAN stabilization.PNG|thumb|Süsinikkiu süntees polüakrüülnitriilist. 1. Akrüülnitriili polümerisatsioon PAN-iks. 2. Tsükliks muutmine madalal temperatuuril 3. Oksüdeerimine kõrgel temperatuuril ehk karboniseerimine. Pärast seda algab grafineerimisprotsess sealt, kus lämmastik on eemaldatud ja ahelad on ühinenud grafiittasanditeks.]]
Iga [[süsinikniit]] on toodetud [[prekursor]] [[polümeer|polümeerist]]. [[Prekursor polümeer]] on tavaliselt [[kunstsiid]], [[polüakrüülnitriil]] (PAN) või [[petrooleumvaik]]. Sünteetilised polümeerid nagu kunstsiid ja polüakrüülnitriil (PAN) on ennekõike kedratud lõngaks, kasutades [[keemiline|keemilisi]] ja [[mehaaniline|mehaanilisi]] protsesse. Esialgu reastatakse polümeeriaatomid sellisse olekusse, kus tugevdatakse [[füüsikalised omadused|füüsikalisi omadusi]]. Prekursorite [[koostisosad]] ja mehaanilised protsessid, kuidas kedrata, on erinevad erinevate tootjate vahel. Pärast venitamist või ketramist, kuumutatakse polümeerkihid, et eemale peletada mittesüsiniku aatomid. Nii valmibki lõplik süsinikkiud. Süsinikkiude töödeldakse vahel ka täiendavalt, et parandada käitlemise omadusi, siis juba keritakse koonuspoolidele.<ref
Tavaline tootmismeetod sisaldab kedratud PAN-kiudude kuumutamist umbes 300 °C juures õhu käes, mis lõhub paljusid [[vesinikside|vesiniksidemeid]] ja [[oksüdeerima|oksüdeerib]] materjali. Oksüdeeritud PAN pannakse ahju, milles on [[Inertgaasid|inertgaas]], näiteks [[argoon]], ja kuumutatakse kuni 2000 °C-ni, mis ärgitab materjali [[grafitatsioon|grafitisatsiooni]], muutes [[molekulaarne side|molekulaarse sideme]] struktuuri. Kui kuumutatakse õigetel tingimustel, siis ahelate sidemed küljelt-küljele (redel polümeerid) moodustavad kitsa grafeeni lehed, mis lõpuks ühendatakse ühtseks piklikuks niidiks. Tulemuseks on tavaliselt 93–95% süsinikku. Madala kvaliteediga kiudu võib toota pigi või kunstsiidi prekursori asemel PAN-ist. Süsinik kuumutatakse vahemikus 1500–2000 °C ([[karboniseerimine]]), mille tulemusel materjal talub kõrget [[tõmbetugevus]]t (820 000 psi, 5650 MPa või N/mm²). Kui aga süsinikkiud kuumutada 2500–3000 °C ([[grafineerimine]]), talub see suurt elastsuskoefitsienti (77 000 000 psi või 531 GPa või 531 kN/mm²).
55. rida:
==Viited==
{{viited|1=2|allikad=
<ref name="cantwell">{{cite journal|author=W.J. Cantwell, J Morton|title=The impact resistance of composite materials – a review|journal=Composites|year=1991|volume=22|issue=5|pages=347–62|doi=10.1016/0010-4361(91)90549-V}}</ref>
<ref name="u3tqg">[http://acswebcontent.acs.org/landmarks/landmarks/carbon/car3.html Bacon's breakthrough]</ref>
<ref name="QKEoI">Z. Zhao and J. Gou "Improved fire retardancy of thermoset composites modified with carbon nanofibers" Sci. Technol. Adv. Mater. 10 (2009) 015005 [http://dx.doi.org/10.1088/1468-6996/10/1/015005 free download]</ref>
<ref name="Qv1FQ">{{cite web | title = Market Report: World Carbon Fiber Composite Market | publisher = [http://www.acmite.com Acmite Market Intelligence] | url = http://www.acmite.com/market-reports/materials/world-carbon-fiber-composite-market.html}}</ref>
<ref name="PhA2X">{{cite web |url=http://www.zoltek.com/carbonfiber/how-is-it-made/ |title=How It Is Made |accessdate=2010-04-04}}</ref>
}}
==Välislingid==
| |||