Grafiet VS Koolstofvezel: Een uitgebreide vergelijking

Op het gebied van materiaalkunde hebben grafiet en koolstofvezels uitstekende eigenschappen en spelen ze een belangrijke rol op veel gebieden, van lucht- en ruimtevaart tot het dagelijks leven. Een grondig begrip van hun eigenschappen, toepassingen en marktdynamiek is van groot belang voor het bevorderen van de ontwikkeling van de materiaalkunde.

Basisoverzicht van grafiet en koolstofvezel

Grafiet

Sstructuur

Het heeft een typische gelaagde kristalstructuur. Elke laag is verbonden door covalente bindingen tussen koolstofatomen en vormt zo een hexagonale vlakke netwerkstructuur. Dit maakt de bindingskracht tussen koolstofatomen in de laag sterk. De lagen interageren met elkaar door zwakkere van der Waals krachten. Deze unieke structuur geeft het veel speciale eigenschappen, zoals een goede smering. Omdat de van der Waals kracht tussen de lagen zwak is, glijden de lagen gemakkelijk ten opzichte van elkaar. Tegelijkertijd heeft het ook een zekere elektrische geleidbaarheid en kunnen elektronen relatief vrij bewegen binnen de laag.

Het productieproces

Het productieproces is meestal ingewikkelder. Als grondstoffen worden meestal petroleumcoke en asfaltcoke gebruikt. Eerst moet je deze grondstoffen voorbehandelen om onzuiverheden te verwijderen. Dan wordt het gecalcineerd bij hoge temperaturen om het aanvankelijk grafietachtig te maken. Dan, na het malen, vormen en andere processen om de gewenste vorm te maken. Ten slotte is het ook nodig om grafietbehandeling bij hoge temperatuur uit te voeren om de zuiverheid en kristalliniteit van grafiet verder te verbeteren. Over het algemeen kan dit hoge temperatuur proces 2500℃ -3000 ℃ bereiken, om het volgende te verkrijgen grafietmaterialen met uitstekende prestaties.

Koolstofvezel

Sstructuur

Het is een vezel met hoge sterkte en hoge modulus met een koolstofgehalte van meer dan 90%. Vanuit het oogpunt van microstructuur heeft de ordening van koolstofatomen in koolstofvezels een bepaalde oriëntatie. Dit laat een vergelijkbare chaotische grafietstructuur zien, waardoor de vezel een hoge sterkte en modulus heeft. De koolstofatomen in koolstofvezels zijn voornamelijk gebonden door covalente bindingen om een stabiel structureel raamwerk te vormen.

Het productieproces

Dit is meestal gebaseerd op polyacrylonitryl (PAN) vezels, asfaltvezel of viscosevezel. Het nemen van PAN-gebaseerde koolstofvezel Het productieproces begint bijvoorbeeld met de polymerisatie en het spinnen van het precursorfilament. Het PAN-monomeer wordt gepolymeriseerd tot een polymeer en de vezel wordt gesponnen. Vervolgens wordt de pre-oxidatie behandeling uitgevoerd en wordt de PAN vezel geoxideerd en vernet in de lucht bij 200℃-300℃. Om een hittebestendige trapeziumvormige structuur te vormen ter voorbereiding op de daaropvolgende carbonisatie. Dan carbonisatie behandeling, onder de bescherming van 1000℃ -1500℃ inert gas, verwijderen van de niet-koolstofatomen in de vezel. Zodat het koolstofgehalte meer dan 90% bedraagt. Voer ten slotte grafitisering uit volgens de behoeften. En verder verbeteren van de kristalliniteit en modulus van koolstofvezel bij hoge temperaturen boven 2000 ℃ om de prestaties te verbeteren.

Vergelijking van de eigenschappen van grafiet vs koolstofvezel

Mechanische eigenschappen

Sterkte

De kracht van koolstofvezel is extreem hoog, de treksterkte van hoogwaardige koolstofvezel is hoger dan 3500MPa en de speciale koolstofvezel is zelfs hoger dan 7000MPa. Je kunt het vaak gebruiken in de ruimtevaart en andere structurele onderdelen die hoge trekkrachten kunnen verdragen. Door de zwakke van der Waals-kracht tussen de lagen glijdt grafiet gemakkelijk weg. En de treksterkte van gewoon grafiet is slechts tientallen MPa, wat lager is dan die van koolstofvezel.

Modulus

De modulus van koolstofvezel is hoog, over het algemeen 230-480GPa, de hoge modulus meer dan 600GPa. De krachtvervorming is klein, de vormstabiliteit is goed. De modulus van grafiet is meestal enkele GPa tot tientallen GPa, en de weerstand tegen vervorming is veel slechter dan die van koolstofvezel. Het is moeilijk toe te passen in scenario's met hoge vervormingseisen.

Fysische eigenschappen

Dichtheid

De dichtheid van koolstofvezel is 1,7-2,0 g/cm³. Het is een lichtgewicht materiaal met duidelijke voordelen op het gebied van lucht- en ruimtevaart en automotive lichtgewicht. De dichtheid van grafiet is 2,09-2,23 g/cm³, wat iets hoger is dan koolstofvezel. En de toepassing ervan is beperkt in scenario's met strikte gewichtsbeperkingen.

Elektrische geleidbaarheid

Grafietgeleiding van 10⁴ – 10⁵ S/m, vaak gebruikt in de elektronica als batterijelektrode, borstel enzovoort. Koolstofvezel heeft een relatief laag elektrisch geleidingsvermogen van 10² -10⁴ S/m. Maar je kunt het verbeteren door een speciale behandeling om aan specifieke behoeften te voldoen.

Thermische geleidbaarheid

Grafiet heeft een goede thermische geleidbaarheid en anisotropie, en de thermische geleidbaarheid van parallelle lagen bereikt honderden W/(m-K). Je kunt het vaak gebruiken in koellichamen van elektronische apparatuur. De warmtegeleiding van koolstofvezel is ook anisotroop. Het warmtegeleidingsvermogen langs de vezelas is 100-800W /(m-K), en de verticale richting is slechts 5-20W /(m-K).

Chemische eigenschappen

Corrosiebestendigheid

Grafiet heeft een goede corrosieweerstand en is bestand tegen de meeste zure en alkalische erosie. En je kunt het gebruiken in de chemische industrie om corrosiebestendige pijpleidingen en reactorbekledingen te maken. Koolstofvezel is stabiel in het algemene chemische milieu en is bestand tegen gewone zure en basische oplossingen. Maar in speciale omgevingen, zoals sterk oxiderende zuren, kunnen chemische reacties prestatievermindering veroorzaken.

Weerstand tegen oxidatie

Grafiet en koolstofvezel zijn goed bestand tegen oxidatie bij kamertemperatuur. Maar als de temperatuur stijgt, reageert grafiet duidelijk met zuurstof boven 400 ℃. En koolstofvezels hebben een duidelijk oxidatiefenomeen rond 300℃, waardoor hun toepassing in een aerobe omgeving bij hoge temperaturen beperkt is. Maar de behandeling van de oppervlaktecoating kan tot op zekere hoogte worden verbeterd.

Vergelijking van toepassingsgebieden: grafiet vs koolstofvezel

Grafiet toepassingsgebieden

In de metallurgische industrie, als vuurvast materiaal, zoals grafiet kroes bestand tegen hoge temperatuur en chemische erosie. Grafietvorm voor de gietindustrie om de gietnauwkeurigheid en oppervlaktekwaliteit te verbeteren. Op het gebied van elektronica kun je het gebruiken als elektrode en het wordt ook gebruikt om flexibele koellichamen te maken. In de nucleair industrie fungeert het als moderator om de stabiliteit van kernreacties te waarborgen. Daarnaast worden in de staalindustrie elektroden gemaakt van grafiet gebruikt als geleiders om elektrische bogen te genereren voor het smelten van staal of metaallegeringen.

Toepassingsgebied koolstofvezels

Op het gebied van lucht- en ruimtevaart, met een hoge sterkte en lage dichtheid, kun je het gebruiken om vliegtuigvleugels en andere onderdelen te maken, om de vliegprestaties te verbeteren. In sportartikelen kun je het vaak gebruiken om hoogwaardige fietsen, golfclubs, enz. te maken, om de kwaliteit te verbeteren. In de auto-industrieJe kunt het gebruiken voor de productie van carrosseriedelen en transmissieassen om lichtgewicht te bereiken en het energieverbruik en de uitstoot te verminderen.

Kosten- en marktanalyse: grafiet vs koolstofvezel

Analyse van kostensamenstelling

De kosten van grafiet omvatten grondstoffen, energieverbruik en afschrijving van apparatuur, enz.

Door de overvloed aan grondstoffen en het volwassen proces zijn de totale kosten laag. Het aandeel van de grondstofkosten in de kosten van koolstofvezel is groot, de prijs van hoogwaardige PAN-grondstofvezel is hoog. Het energieverbruik van het productieproces is hoog, de apparatuur is duur en de onderhoudskosten zijn hoog. Dit resulteert in hoge productiekosten.

Marktstatus en -trend

De grafietmarkt is volwassen, wordt veel gebruikt en de vraag is stabiel. Met de ontwikkeling van nieuwe energie en elektronica-industrie, de vraag naar specifieke gebieden is nog steeds groeiende. Koolstofvezel markt snelle groei in de afgelopen jaren, lucht-en ruimtevaart, automotive lichtgewicht en andere high-end gebieden van de toenemende vraag. Technologische vooruitgang en schaalvergroting zal naar verwachting leiden tot lagere kosten, marktvooruitzichten.

Koopgids

Let bij het kopen van grafiet op de zuiverheid, de deeltjesgrootte en de fysische en chemische eigenschappen. Kies ook de juiste leverancier om er zeker van te zijn dat de grafietproducten voldoen aan de toepassingseisen, voorzien zijn van testrapporten en een volledige dienst na verkoop bieden.

Op zoek naar hoogwaardige grafietmaterialen? Ontdek onze hoogwaardige grafietproducten, die ontworpen zijn om u effectiever te helpen de prestaties en concurrentiekracht van uw industriële producten te verbeteren. Nu kopen.

Conclusies

Grafiet en koolstofvezel verschillen aanzienlijk in structuur, prestaties, toepassing en kosten, en ze spelen elk een sleutelrol op verschillende gebieden. In de toekomst zullen ze naar verwachting de prestaties optimaliseren en de kosten verlagen. En je moet ze redelijk selecteren op basis van de vraag in praktische toepassingen om de voordelen te maximaliseren.