Di bidang ilmu material, grafit dan serat karbon memiliki sifat yang sangat baik dan memainkan peran penting dalam berbagai bidang, mulai dari kedirgantaraan hingga kehidupan sehari-hari. Pemahaman mendalam tentang sifat, aplikasi, dan dinamika pasarnya sangat penting untuk mendorong pengembangan ilmu material.
Tinjauan dasar tentang grafit dan serat karbon
Grafit
Sstruktur
Memiliki struktur kristal berlapis yang khas. Setiap lapisannya dihubungkan oleh ikatan kovalen di antara atom karbon, membentuk struktur jaringan planar heksagonal. Hal ini membuat kekuatan pengikatan antara atom karbon dalam lapisan menjadi kuat. Lapisan-lapisan tersebut berinteraksi satu sama lain melalui gaya van der Waals yang lebih lemah. Struktur unik ini memberikan banyak sifat khusus, seperti pelumasan yang baik. Karena gaya van der Waals antar lapisan lemah, lapisan-lapisan tersebut mudah bergeser satu sama lain. Pada saat yang sama, ia juga memiliki konduktivitas listrik tertentu, dan elektron dapat bergerak relatif bebas di dalam lapisan.
Proses produksi
Proses produksinya biasanya lebih rumit. Biasanya menggunakan kokas minyak bumi dan kokas aspal sebagai bahan baku. Pertama, Anda perlu mengolah bahan mentah ini untuk menghilangkan kotoran. Kemudian, dikalsinasi pada suhu tinggi untuk membuatnya menjadi grafit. Kemudian, setelah digiling, dibentuk dan proses lainnya untuk membuat bentuk yang diinginkan. Terakhir, perlu juga dilakukan perlakuan grafitisasi suhu tinggi untuk lebih meningkatkan kemurnian dan kristalinitas grafit. Umumnya proses suhu tinggi ini bisa mencapai 2500 ℃ -3000 ℃, untuk mendapatkan bahan grafit dengan kinerja yang sangat baik.
Serat Karbon
Sstruktur
Ini adalah serat berkekuatan tinggi dan modulus tinggi dengan kandungan karbon lebih dari 90%. Dari perspektif struktur mikro, susunan atom karbon serat karbon memiliki orientasi tertentu. Hal ini menunjukkan struktur grafit kacau yang serupa, yang membuatnya memiliki kekuatan dan modulus yang tinggi. Atom karbon dalam serat karbon terutama terikat melalui ikatan kovalen untuk membentuk kerangka struktural yang stabil.
Proses produksi
Ini umumnya didasarkan pada serat poliakrilonitril (PAN), serat aspal atau serat viskosa. Pengambilan Serat karbon berbasis PAN Sebagai contoh, proses produksi dimulai dengan polimerisasi dan pemintalan filamen prekursor. Monomer PAN dipolimerisasi menjadi polimer, dan serat dibuat melalui proses pemintalan. Kemudian lakukan perawatan pra-oksidasi, dan oksidasi serta ikatan silang serat PAN di udara pada suhu 200 ℃ -300 ℃. Untuk membentuk struktur trapesium tahan panas untuk mempersiapkan karbonisasi selanjutnya. Kemudian perlakuan karbonisasi, di bawah perlindungan gas inert 1000 ℃ -1500 ℃, singkirkan atom non-karbon di dalam serat. Sehingga kandungan karbonnya mencapai lebih dari 90%. Terakhir, lakukan grafitisasi sesuai kebutuhan. Dan selanjutnya meningkatkan kristalinitas dan modulus serat karbon pada suhu tinggi di atas 2000 ℃ untuk meningkatkan kinerjanya.
Perbandingan properti grafit vs serat karbon
Sifat mekanik
Kekuatan
Kekuatan serat karbon sangat tinggi, kekuatan tarik serat karbon berkinerja tinggi melebihi 3500MPa, dan serat karbon khusus bahkan melebihi 7000MPa. Anda dapat sering menggunakannya di ruang angkasa dan bagian struktural lainnya yang memiliki gaya tarik tinggi. Karena gaya van der Waals yang lemah di antara lapisan, grafit mudah tergelincir. Dan kekuatan tarik grafit biasa hanya puluhan MPa, yang lebih rendah dari serat karbon.
Modulus
Modulus serat karbon tinggi, umumnya dalam 230-480GPa, modulus tinggi lebih dari 600GPa. Deformasi gaya kecil, stabilitas bentuknya bagus. Modulus grafit biasanya beberapa GPa hingga puluhan GPa, dan ketahanan terhadap deformasi jauh lebih buruk daripada serat karbon. Sulit untuk diterapkan dalam skenario dengan persyaratan deformasi tinggi.
Sifat fisik
Kepadatan
Kepadatan serat karbon adalah 1,7-2,0 g / cm³. Ini adalah bahan yang ringan dengan keunggulan yang jelas di bidang kedirgantaraan dan otomotif yang ringan. Densitas grafit adalah 2,09-2,23 g/cm³, yang sedikit lebih tinggi daripada serat karbon. Dan aplikasinya terbatas dalam skenario dengan pembatasan berat yang ketat.
Konduktivitas listrik
Konduktivitas grafit sebesar 104 – 105 S/m, biasa digunakan di bidang elektronik sebagai elektroda baterai, sikat dan sebagainya. Serat karbon memiliki konduktivitas listrik yang relatif rendah yaitu 102 -104 S/m. Tetapi Anda dapat meningkatkannya dengan perlakuan khusus untuk memenuhi kebutuhan spesifik.
Konduktivitas termal
Grafit memiliki konduktivitas termal dan anisotropi yang baik, dan konduktivitas termal lapisan paralel mencapai ratusan W/(m-K). Anda sering dapat menggunakannya dalam pendingin peralatan elektronik. Konduksi panas serat karbon juga bersifat anisotropik. Konduktivitas termal di sepanjang sumbu serat adalah 100-800W / (m-K), dan arah vertikal hanya 5-20W / (m-K).
Sifat kimiawi
Ketahanan korosi
Grafit memiliki ketahanan korosi yang baik, dapat menahan sebagian besar erosi asam dan alkali. Dan Anda dapat menggunakannya dalam industri kimia untuk membuat pipa dan lapisan reaktor yang tahan korosi. Serat karbon stabil di lingkungan kimia umum dan dapat menahan larutan asam dan basa yang umum. Tetapi di lingkungan khusus seperti asam pengoksidasi kuat, reaksi kimia dapat menyebabkan penurunan kinerja.
Ketahanan oksidasi
Grafit dan serat karbon memiliki ketahanan oksidasi yang baik pada suhu kamar. Namun demikian, saat suhu naik, grafit bereaksi secara jelas dengan oksigen di atas 400 ℃. Dan serat karbon memiliki fenomena oksidasi yang jelas sekitar 300 ℃, membatasi aplikasinya di lingkungan aerobik bersuhu tinggi. Tetapi perawatan pelapisan permukaan dapat ditingkatkan sampai batas tertentu.
Perbandingan bidang aplikasi: grafit vs serat karbon
Bidang aplikasi grafit
Dalam industri metalurgi, sebagai bahan tahan api, seperti wadah grafit yang dapat menahan suhu tinggi dan erosi kimia. Cetakan grafit untuk industri pengecoran untuk meningkatkan akurasi pengecoran dan kualitas permukaan. Di bidang elektronik, Anda dapat menggunakannya sebagai elektroda dan juga digunakan untuk membuat heat sink yang fleksibel. Di dalam nuklir Dalam industri nuklir, grafit berperan sebagai moderator untuk memastikan stabilitas reaksi nuklir. Selain itu, dalam industri pembuatan baja, elektroda yang terbuat dari grafit digunakan sebagai konduktor untuk menghasilkan busur listrik untuk melebur baja atau paduan logam.
Bidang aplikasi serat karbons
Bidang kedirgantaraan, dengan kekuatan tinggi, karakteristik kepadatan rendah, Anda dapat menggunakannya untuk membuat sayap pesawat dan komponen lainnya, meningkatkan kinerja penerbangan. Dalam perlengkapan olahraga, Anda sering dapat menggunakannya untuk membuat sepeda kelas atas, tongkat golf, dll., Untuk meningkatkan kualitas. Di dalam industri otomotifAnda dapat menggunakannya untuk membuat komponen bodi dan poros transmisi untuk mencapai bobot yang ringan serta mengurangi konsumsi energi dan emisi.
Analisis biaya dan pasar: grafit vs serat karbon
Analisis komposisi biaya
Biaya grafit mencakup bahan baku, konsumsi energi dan penyusutan peralatan, dll..
Karena bahan baku yang melimpah dan proses yang matang, biaya keseluruhannya rendah. Proporsi biaya serat mentah dalam biaya serat karbon besar, harga serat mentah PAN berkinerja tinggi tinggi. Dan konsumsi energi proses produksi besar, peralatannya mahal, dan biaya perawatannya tinggi. Ini menghasilkan biaya produksi yang tinggi.
Status dan tren pasar
Pasar grafit sudah matang, banyak digunakan, dan permintaannya stabil. Dengan perkembangan industri energi dan elektronik baru, permintaan untuk bidang-bidang tertentu masih terus meningkat. Pasar serat karbon tumbuh pesat dalam beberapa tahun terakhir, kedirgantaraan, otomotif ringan, dan bidang-bidang kelas atas lainnya dengan permintaan yang meningkat. Kemajuan teknologi dan perluasan skala diharapkan dapat mengurangi biaya, prospek pasar.
Panduan Pembelian
Saat membeli grafit, pastikan untuk mempertimbangkan kemurnian, ukuran partikel, serta sifat fisik dan kimianya. Pilih juga pemasok yang tepat untuk memastikan bahwa produk grafit memenuhi persyaratan aplikasi, dilengkapi dengan laporan pengujian dan layanan purna jual yang lengkap.
Mencari bahan grafit berkinerja tinggi? Jelajahi produk grafit berkualitas tinggi kami, yang dirancang untuk membantu Anda meningkatkan performa dan daya saing produk industri Anda secara lebih efektif. Beli sekarang.
Kesimpulan
Grafit dan serat karbon berbeda secara signifikan dalam hal struktur, performa, aplikasi dan biaya, dan masing-masing memainkan peran kunci dalam bidang yang berbeda. Di masa mendatang, keduanya diharapkan dapat mengoptimalkan performa dan mengurangi biaya. Dan Anda harus memilihnya secara wajar sesuai dengan permintaan dalam aplikasi praktis untuk memaksimalkan manfaat.
ID 
EN 
RU 
TR 
FR 
DE 
KO 
UK 
JA 
PT 
CEB 
AZ 
BN 
VI 
ES 
ES_ES 
IT 
ES_AR 
HI 
AR 
KK 
EL