Γραφίτης VS ίνες άνθρακα: Γυαλί: Μια ολοκληρωμένη σύγκριση

Στον τομέα της επιστήμης των υλικών, ο γραφίτης και οι ίνες άνθρακα έχουν εξαιρετικές ιδιότητες και διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σε πολλούς τομείς, από την αεροδιαστημική μέχρι την καθημερινή ζωή. Η σε βάθος κατανόηση των ιδιοτήτων, των εφαρμογών και της δυναμικής της αγοράς τους έχει μεγάλη σημασία για την προώθηση της ανάπτυξης της επιστήμης των υλικών.

Βασική επισκόπηση του γραφίτη και των ινών άνθρακα

Γραφίτης

Sδομή

Έχει τυπική στρωματοποιημένη κρυσταλλική δομή. Κάθε στρώμα του συνδέεται με ομοιοπολικούς δεσμούς μεταξύ ατόμων άνθρακα, σχηματίζοντας μια εξαγωνική επίπεδη δικτυακή δομή. Αυτό καθιστά ισχυρή τη δύναμη σύνδεσης μεταξύ των ατόμων άνθρακα στο στρώμα. Τα στρώματα αλληλεπιδρούν μεταξύ τους μέσω ασθενέστερων δυνάμεων van der Waals. Αυτή η μοναδική δομή του προσδίδει πολλές ειδικές ιδιότητες, όπως καλή λιπαντικότητα. Επειδή η δύναμη van der Waals μεταξύ των στρωμάτων είναι ασθενής, τα στρώματα ολισθαίνουν εύκολα το ένα σε σχέση με το άλλο. Ταυτόχρονα, έχει επίσης ορισμένη ηλεκτρική αγωγιμότητα και τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινούνται σχετικά ελεύθερα μέσα στο στρώμα.

Η διαδικασία παραγωγής

Η διαδικασία παραγωγής του είναι συνήθως πιο περίπλοκη. Χρησιμοποιεί συνήθως πετρελαϊκό κοκ και ασφαλτικό κοκ ως πρώτες ύλες. Πρώτον, χρειάζεται προεπεξεργασία αυτών των πρώτων υλών για την απομάκρυνση των ακαθαρσιών. Στη συνέχεια, θερμαίνεται σε υψηλές θερμοκρασίες για να γίνει αρχικά γραφίτης. Στη συνέχεια, μετά από άλεση, διαμόρφωση και άλλες διεργασίες για να γίνει το επιθυμητό σχήμα. Τέλος, είναι επίσης απαραίτητο να πραγματοποιηθεί επεξεργασία γραφίτωσης σε υψηλή θερμοκρασία για την περαιτέρω βελτίωση της καθαρότητας και της κρυσταλλικότητας του γραφίτη. Γενικά αυτή η διαδικασία υψηλής θερμοκρασίας μπορεί να φθάσει τους 2500℃ -3000 ℃, προκειμένου να ληφθεί υλικά γραφίτη με εξαιρετικές επιδόσεις.

Ίνα άνθρακα

Sδομή

Είναι μια ίνα υψηλής αντοχής και υψηλής διαμόρφωσης με περιεκτικότητα σε άνθρακα μεγαλύτερη από 90%. Από την άποψη της μικροδομής, η διάταξη των ατόμων άνθρακα της ίνας άνθρακα έχει έναν ορισμένο προσανατολισμό. Αυτό δείχνει μια παρόμοια χαοτική δομή γραφίτη, η οποία την κάνει να έχει υψηλή αντοχή και μέτρο ελαστικότητας. Τα άτομα άνθρακα στις ίνες άνθρακα συνδέονται κυρίως μέσω ομοιοπολικών δεσμών για να σχηματίσουν ένα σταθερό δομικό πλαίσιο.

Η διαδικασία παραγωγής

Αυτό βασίζεται γενικά σε ίνες πολυακρυλονιτριλίου (PAN), ίνες ασφάλτου ή ίνες βισκόζης. Λαμβάνοντας Ίνες άνθρακα με βάση το PAN για παράδειγμα, η διαδικασία παραγωγής αρχίζει με τον πολυμερισμό και την περιστροφή του πρόδρομου νήματος. Το μονομερές PAN πολυμερίζεται σε πολυμερές και η ίνα παράγεται μέσω της διαδικασίας κλώσης. Στη συνέχεια πραγματοποιείται η προ-οξειδωτική επεξεργασία και οξειδώνεται και διασυνδέεται η ίνα PAN στον αέρα σε 200 ℃-300 ℃. Για να σχηματιστεί μια ανθεκτική στη θερμότητα τραπεζοειδής δομή για να προετοιμαστεί για την επακόλουθη απανθράκωση. Στη συνέχεια, η επεξεργασία ενανθράκωσης, υπό την προστασία αδρανούς αερίου 1000℃ -1500℃, απομακρύνει τα άτομα μη άνθρακα στην ίνα. Έτσι ώστε η περιεκτικότητα σε άνθρακα να φθάσει περισσότερο από 90%. Τέλος, πραγματοποιήστε τη γραφιτοποίηση σύμφωνα με τις ανάγκες. Και βελτιώστε περαιτέρω την κρυσταλλικότητα και το μέτρο ελαστικότητας της ίνας άνθρακα σε υψηλές θερμοκρασίες άνω των 2000 ℃ για να βελτιώσετε την απόδοσή της.

Σύγκριση ιδιοτήτων γραφίτη έναντι ινών άνθρακα

Μηχανικές ιδιότητες

Δύναμη

Η αντοχή των ινών άνθρακα είναι εξαιρετικά υψηλή, η αντοχή σε εφελκυσμό των ινών άνθρακα υψηλής απόδοσης υπερβαίνει τα 3500MPa και η ειδική ίνα άνθρακα υπερβαίνει ακόμη και τα 7000MPa. Μπορείτε συχνά να το χρησιμοποιείτε στην αεροδιαστημική και σε άλλα δομικά μέρη που φέρουν υψηλές δυνάμεις εφελκυσμού. Λόγω της ασθενούς δύναμης van der Waals μεταξύ των στρωμάτων, ο γραφίτης γλιστράει εύκολα. Και η αντοχή σε εφελκυσμό του συνηθισμένου γραφίτη είναι μόνο δεκάδες MPa, η οποία είναι χαμηλότερη από εκείνη των ινών άνθρακα.

Modulus

Το μέτρο ελαστικότητας των ινών άνθρακα είναι υψηλό, γενικά στα 230-480GPa, το υψηλό μέτρο ελαστικότητας πάνω από 600GPa. Η παραμόρφωση της δύναμης είναι μικρή, η σταθερότητα του σχήματος είναι καλή. Το μέτρο ελαστικότητας του γραφίτη είναι συνήθως αρκετά GPa έως δεκάδες GPa και η αντίσταση στην παραμόρφωση είναι πολύ χειρότερη από εκείνη των ινών άνθρακα. Είναι δύσκολο να εφαρμοστεί σε σενάρια με υψηλές απαιτήσεις παραμόρφωσης.

Φυσικές ιδιότητες

Πυκνότητα

Η πυκνότητα των ινών άνθρακα είναι 1,7-2,0g /cm³. Είναι ένα ελαφρύ υλικό με προφανή πλεονεκτήματα στον τομέα της αεροδιαστημικής και της αυτοκινητοβιομηχανίας. Η πυκνότητα του γραφίτη είναι 2,09-2,23 g/cm³, η οποία είναι ελαφρώς υψηλότερη από τις ίνες άνθρακα. Και η εφαρμογή του περιορίζεται σε σενάρια με αυστηρούς περιορισμούς βάρους.

Ηλεκτρική αγωγιμότητα

Αγωγιμότητα γραφίτη 10⁴ – 10⁵ S/m, που χρησιμοποιείται συνήθως στον ηλεκτρονικό τομέα ως ηλεκτρόδιο μπαταρίας, βούρτσα και ούτω καθεξής. Οι ίνες άνθρακα έχουν σχετικά χαμηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα 10² -10⁴ S/m. Αλλά μπορείτε να το βελτιώσετε με ειδική επεξεργασία για την κάλυψη συγκεκριμένων αναγκών.

Θερμική αγωγιμότητα

Ο γραφίτης έχει καλή θερμική αγωγιμότητα και ανισοτροπία και η θερμική αγωγιμότητα του παράλληλου στρώματος φτάνει τις εκατοντάδες W/(m-K). Μπορείτε συχνά να τον χρησιμοποιήσετε σε ψύκτρες ηλεκτρονικού εξοπλισμού. Η θερμική αγωγιμότητα των ινών άνθρακα είναι επίσης ανισοτροπική. Η θερμική αγωγιμότητα κατά μήκος του άξονα της ίνας είναι 100-800W / (m-K) και η κάθετη κατεύθυνση είναι μόνο 5-20W / (m-K).

Χημικές ιδιότητες

Αντοχή στη διάβρωση

Ο γραφίτης έχει καλή αντοχή στη διάβρωση, μπορεί να αντισταθεί στη διάβρωση των περισσότερων οξέων και αλκαλίων. Και μπορείτε να τον χρησιμοποιήσετε στη χημική βιομηχανία για την κατασκευή ανθεκτικών στη διάβρωση σωληνώσεων και επενδύσεων αντιδραστήρων. Η ίνα άνθρακα είναι σταθερή στο γενικό χημικό περιβάλλον και μπορεί να αντέξει τα κοινά διαλύματα οξέων και βάσεων. Αλλά σε ειδικά περιβάλλοντα, όπως ισχυρά οξειδωτικά οξέα, οι χημικές αντιδράσεις μπορεί να προκαλέσουν υποβάθμιση της απόδοσης.

Αντοχή στην οξείδωση

Ο γραφίτης και οι ίνες άνθρακα έχουν καλή αντοχή στην οξείδωση σε θερμοκρασία δωματίου. Ωστόσο, καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, ο γραφίτης αντιδρά προφανώς με το οξυγόνο πάνω από τους 400℃. Και οι ίνες άνθρακα έχουν εμφανές φαινόμενο οξείδωσης γύρω στους 300℃, περιορίζοντας την εφαρμογή τους σε αερόβιο περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας. Αλλά η επεξεργασία της επιφανειακής επίστρωσης μπορεί να βελτιωθεί σε κάποιο βαθμό.

Σύγκριση πεδίων εφαρμογής: γραφίτης έναντι ινών άνθρακα

Πεδία εφαρμογής γραφίτη

Στη μεταλλουργική βιομηχανία, ως πυρίμαχο υλικό, όπως το χωνευτήρι γραφίτη μπορεί να αντέξει σε υψηλή θερμοκρασία και χημική διάβρωση. Το καλούπι γραφίτη για τη βιομηχανία χύτευσης για τη βελτίωση της ακρίβειας χύτευσης και της ποιότητας της επιφάνειας. Στον τομέα της ηλεκτρονικής, μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε ως ηλεκτρόδιο και χρησιμοποιείται επίσης για την κατασκευή εύκαμπτων ψύκτρων. Στον πυρηνικά βιομηχανία, λειτουργεί ως ρυθμιστής για να διασφαλίσει τη σταθερότητα των πυρηνικών αντιδράσεων. Εξάλλου, στη βιομηχανία χαλυβουργίας, τα ηλεκτρόδια από γραφίτη χρησιμοποιούνται ως αγωγοί για τη δημιουργία ηλεκτρικών τόξων για την τήξη χάλυβα ή μεταλλικών κραμάτων.

Πεδίο εφαρμογής ινών άνθρακαs

Αεροδιαστημικός τομέας, με χαρακτηριστικά υψηλής αντοχής, χαμηλής πυκνότητας, μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για την κατασκευή φτερών αεροσκαφών και άλλων εξαρτημάτων, για τη βελτίωση των επιδόσεων πτήσης. Στα αθλητικά είδη, μπορείτε συχνά να το χρησιμοποιήσετε για να δημιουργήσετε ποδήλατα υψηλής ποιότητας, μπαστούνια του γκολφ κ.λπ. για να βελτιώσετε την ποιότητα. Στην αυτοκινητοβιομηχανία, μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για την κατασκευή εξαρτημάτων αμαξώματος και αξόνων μετάδοσης κίνησης για την επίτευξη ελαφρού βάρους και τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και των εκπομπών.

Ανάλυση κόστους και αγοράς: γραφίτης έναντι ινών άνθρακα

Ανάλυση της σύνθεσης του κόστους

Το κόστος του γραφίτη καλύπτει τις πρώτες ύλες, την κατανάλωση ενέργειας και την απόσβεση του εξοπλισμού κ.λπ.

Λόγω των άφθονων πρώτων υλών και της ώριμης διαδικασίας, το συνολικό κόστος είναι χαμηλό. Η αναλογία του κόστους των πρώτων ινών στο κόστος των ινών άνθρακα είναι μεγάλη, η τιμή των πρώτων ινών PAN υψηλής απόδοσης είναι υψηλή. Και η κατανάλωση ενέργειας της διαδικασίας παραγωγής είναι μεγάλη, ο εξοπλισμός είναι ακριβός και το κόστος συντήρησης είναι υψηλό. Αυτά έχουν ως αποτέλεσμα υψηλό κόστος παραγωγής.

Κατάσταση και τάση της αγοράς

Η αγορά γραφίτη είναι ώριμη, χρησιμοποιείται ευρέως και η ζήτηση είναι σταθερή. Με την ανάπτυξη των νέων ενεργειακών και ηλεκτρονικών βιομηχανιών, η ζήτηση για συγκεκριμένους τομείς εξακολουθεί να αυξάνεται. Η αγορά ινών άνθρακα ταχεία ανάπτυξη τα τελευταία χρόνια, η αεροδιαστημική, η αυτοκινητοβιομηχανία ελαφρού βάρους και άλλες high-end περιοχές της αυξανόμενης ζήτησης. Η τεχνολογική πρόοδος και η επέκταση της κλίμακας αναμένεται να μειώσει το κόστος, τις προοπτικές της αγοράς.

Οδηγός αγοράς

Όταν αγοράζετε γραφίτη, φροντίστε να εξετάζετε την καθαρότητα, το μέγεθος των σωματιδίων και τις φυσικές και χημικές ιδιότητές του. Επίσης, επιλέξτε τον σωστό προμηθευτή για να διασφαλίσετε ότι τα προϊόντα γραφίτη πληρούν τις απαιτήσεις της εφαρμογής, συνοδεύονται από εκθέσεις δοκιμών και πλήρη εξυπηρέτηση μετά την πώληση.

Ψάχνετε για υλικά γραφίτη υψηλής απόδοσης; Εξερευνήστε τα υψηλής ποιότητας προϊόντα γραφίτη που διαθέτουμε, τα οποία έχουν σχεδιαστεί για να σας βοηθήσουν να βελτιώσετε αποτελεσματικότερα την απόδοση και την ανταγωνιστικότητα των βιομηχανικών σας προϊόντων. Αγοράστε τώρα.

Συμπεράσματα

Ο γραφίτης και οι ίνες άνθρακα διαφέρουν σημαντικά ως προς τη δομή, τις επιδόσεις, την εφαρμογή και το κόστος, και το καθένα διαδραματίζει βασικό ρόλο σε διαφορετικούς τομείς. Στο μέλλον, αναμένεται να βελτιστοποιήσουν τις επιδόσεις και να μειώσουν το κόστος. Και θα πρέπει να τα επιλέγετε λογικά ανάλογα με τη ζήτηση σε πρακτικές εφαρμογές για να μεγιστοποιήσετε τα οφέλη.