Hva er karbonfibre?
Karbonfibre er grafittlignende langkjedede karbonenheter med en nettverksstruktur. De langkjedede nettverksenhetene av karbon oppstår på grunn av karbonatomers kateneringsegenskap, dvs. koblingen av atomer av et lignende grunnstoff.
Thomas Elva Edison er kreditert med å lage det første karbonfilamentet for testing i pærens elektriske filament ved bruk av naturlig bomull.
Forløpere er råelementene som brukes i produksjonen av karbonfibre.
Hvordan lages karbonfiber?
De fleste karbonfiber er laget av en prosess som kalles polyakrylnitril, eller PAN. I prosessen utsettes en fiberplate for så høy varme at nesten alt bortsett fra selve karbonet brennes av.
Fremgangsmåte for å produsere normale karbonfibre:
1: Polymerisering: For å lage en langkjedet polymer polymeriseres forløperen.
2: Spinning: Etter det spinnes polymeren til lange fibre. Kjemiske og mekaniske prosedyrer brukes ofte.
3: Oksiderende: Fiberen stabiliseres ved å varme den opp i luften. Den absorberer oksygen fra luften og gjennomgår en sofistikert atomomorganiseringsprosess for å stabilisere fiberen.
4: Karbonisering: I fravær av oksygen hjelper høytemperaturbehandling av den oksiderte og stabiliserte fiberen til tap av ikke-karbonatomer, noe som resulterer i en tettpakket karbonfiber.
5: Overflatebehandling: Karboniserte fibre har dårlige bindingsevner, noe som gjør det vanskelig for dem å slå seg sammen med epoksyharpikser for å produsere en kompositt. For å oppnå denne bindingsevnen behandles overflaten med passende kjemikalier.
6: Dimensjonering: For beskyttelse er fibrene belagt med epoksy, nylon, polyester og andre materialer. Dette kalles dimensjonering.
Det rå karbonfiberarket blir deretter slått sammen med andre metaller (en viktig del av å forstå karbonfiberledningsevnen), og den resulterende forbindelsen behandles og dimensjoneres ved hjelp av kjemiske prosesser.
Prosessen er dyptgående og derfor dyr.
RELATERT: 5 morsomme bruksområder for karbonfiberark
Er karbonfiber ledende i seg selv?
Nei, karbonfiber er ikke for ledende når det ikke er kombinert med noe annet, verken når det gjelder termisk eller elektrisk ledningsevne.
Når det kommer til termisk ledningsevne (evnen til å lede varme), er karbonfiber gjennomsnittlig. Relativt høykvalitets karbonfiber har omtrent like mye varmeledningsevne som silisium, og til og med toppkvalitets karbonfiber har mindre ledningsevne enn aluminium.
Vanlig gammel karbonfiber er litt bedre når det kommer til elektrisk ledning, selv om den fortsatt ikke er like ledende som de fleste metaller. Når den brukes som en elektrisk leder, er det best å modifisere karbonfiberen ved å veve den sammen med andre metaller eller ved å lage en mer elektrisk ledende karbonallotrop som diamant eller grafitt.
Hvordan kan vi gjøre karbonfiber mer ledende?
For å øke den elektriske ledningsevnen bør karbonfiberen behandles med andre materialer når den er isolert. De beste forbindelsene å kombinere med karbonfiber for å øke ledningsevnen er lateks for ionisk ledningsevne (gjennom en væske) og silika-røyk for elektronisk ledningsevne (gjennom et fast stoff).
Det er karbon allotroper som leder varme mye bedre enn karbonfiber -- diamant, spesielt leder varme opptil 100 ganger mer effektivt enn vanlig karbonfiber. Å lage disse allotropene er langt fra enkelt, men det er prosesser som involverer trykk, varme og andre kjemiske reaksjoner som gjør transformasjonene mulig. Hvis karbonfiberen behandles med disse karbon-allotropene når de er klare, kan karbonfiberens varmeledningsevne øke mange ganger.
Så, er karbonfiber ledende? Ikke så mye i sin grunntilstand, men det kan lett endres med litt vitenskap.
RELATERT: Hva brukes karbonfiberomslag til?
Er karbonfiber ledende sammenlignet med metall?
Ikke av seg selv, nei. Når det behandles med andre metaller, er det det.
I seg selv er ikke karbonfiber en stor leder av elektrisitet sammenlignet med metall. Faktisk leder de fleste metaller elektrisitet rundt 1000 ganger så vel som vanlig karbonfiber. Selv når det behandles med andre materialer, er karbonfiber fortsatt ikke fullt så bra som metall når det kommer til elektrisk ledning. Metaller som sølv, aluminium og kobber er spesielt gode til å lede strøm, fortsatt omtrent 100 ganger så raskt som karbonfiber behandlet med gode strømledere.
Å lede termisk energi er en annen historie. Når laget godt og behandlet riktig, er karbonfiber faktisk mer varmeledende enn et svært ledende metall som kobber.
Hva er bruken av ledende karbonfiber?
Behandlet karbonfiber brukes i luksusartikler som hjelmer og bagasje som drar nytte av å være lette og holdbare. Men ledningsevnen til karbonfiber skinner i mer industriell bruk som containerkledning i ingeniør- og romfartsprosjekter.
Vitenskapen jobber fortsatt med å forbedre den elektriske ledningsevnen til karbonfiber. På grunn av sin overlegne holdbarhet, varmebestandighet, lette og små størrelse sammenlignet med ting som metalltråder, forventes det at karbonfiberprodukter vil bli brukt mye mer som ledere i fremtiden.
Karbonfiber har mange fantastiske kvaliteter. En av dem er dens fantastiske evner som termisk eller elektrisk leder når den behandles med andre metallkompositter.
