Produktbeschreibung
Shenzhen Turing Evolution Technology Co., Ltd. gehört zu einem der 100 führenden Unternehmen in der Provinz Guangdong. Es wurde im September 2006 mit einem Gesamtvermögen von fast 100 Millionen Yuan gegründet. Es beherrscht die Technologien für T300- und T700-Qualitäten im Tausertonnen-Maßstab sowie die Technologien für T800- und M30-Qualitäten im Hunderttonnen-Maßstab und besitzt unabhängige geistige Eigentumsrechte an Schlüsseltechnologien und Kernausrüstungen.
Seit seiner Gründung hat Shenzhen Turing Evolution Technology Co., Ltd. fast 10.000 Tonnen Kohlefaser verkauft, was einen großen Teil des heimischen Kohlefaser-Marktumsatzes ausmacht.
Die Produkte werden in industriellen Bereichen wie Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen, Verbundkabelkernen, Druckbehältern, medizinischen Geräten und im Bauwesen sowie in den Bereichen Sport und Freizeit weit verbreitet eingesetzt. Sie haben während der Erprobung in den Bereichen Landesverteidigung und Militär, wie Luft- und Raumfahrt, Waffenindustrie und Nuklearindustrie, gute Bewertungen erhalten und finden breite Anwendung in aufstrebenden Bereichen wie Elektrofahrzeugen, Schienenverkehr, Windkraftanlagen und Meerestechnik.
Shenzhen Turing Evolution Technology Co., Ltd. befindet sich in der Sonderwirtschaftszone Shenzhen, Guangdong, China. Das Unternehmen hat sich zum Ziel gesetzt, der Welt integrierte Lösungen anzubieten, die Forschung und Entwicklung von Kohlefaser-Precursoren, die Produktion von Kohlefaser und die Forschung und Entwicklung von Kohlefaser-Verbundprodukten umfassen. Derzeit verfügt es über eine Produktionskapazität von 13.000 Tonnen Kohlefaser-Precursoren und 5.000 Tonnen Kohlefaser. Es ist ein Unternehmen, das die industrielle Produktion von Kilotonnen-Fasern realisiert hat und die Trocken-Nass-Spinntechnologie zur Herstellung von Hochleistungs-Kohlefasern entwickelt hat. Das Unternehmen hat eine komplette Produktionslinie für Hochleistungs-Kohlefaser-Precursoren und Karbonisierung unabhängig entwickelt und gebaut, beherrscht Kerntechnologieprozesse wie Polymerisation mit ultra-großer Kapazität, Trocken-Nass-Spinnen und homogene Voroxidation-Karbonisierung sowie die Herstellung von Schlüsselgeräten und kann SYT45, SYT49 und SYT55 Hochleistungs-Kohlefasern stabil in Serie und im großen Maßstab produzieren.
Shenzhen Turing Evolution Technology Co., Ltd. war branchenführend bei der Zertifizierung nach ISO9001 Qualitätsmanagement, ISO14001 Umweltmanagement, OHSAS18001 Arbeitsschutzmanagement und ISO10012 Messprüfsystem. Es hat ein Testzentrum für Hochleistungsfasern und ein Forschungs- und Entwicklungszentrum für neue Produkte aufgebaut und an der Ausarbeitung nationaler Standards für Kohlefaser- und Precursor-Produkte mitgewirkt.
Kohlefaser (kurz CF) ist ein neuartiges Fasermaterial mit hoher Festigkeit und hohem Modul, das einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 95 % aufweist. Es handelt sich um ein mikrokristallines Graphitmaterial, das durch Stapeln von flockigen Graphitmikrokristallen und anderen organischen Fasern entlang der axialen Richtung der Fasern und anschließende Karbonisierungs- und Graphitisierungsbehandlung erhalten wird. Kohlefaser ist "außen weich, innen hart". Sie ist leichter als metallisches Aluminium, aber stärker als Stahl. Sie hat auch die Eigenschaften Korrosionsbeständigkeit und hohen Modul, was sie zu einem wichtigen Material sowohl in der Landesverteidigung und Militärindustrie als auch in zivilen Anwendungen macht. Sie besitzt nicht nur die inhärenten Eigenschaften von Kohlenstoffmaterialien, sondern auch die weiche Verarbeitbarkeit von Textilfasern, was sie zu einer neuen Generation von Verstärkungsfasern macht.
Kohlefaser hat viele hervorragende Eigenschaften. Sie weist eine hohe axiale Festigkeit und einen hohen Modul, geringe Dichte, hohe spezifische Leistung, keine Kriechneigung, Beständigkeit gegen extrem hohe Temperaturen in nicht-oxidierenden Umgebungen, gute Ermüdungsbeständigkeit, spezifische Wärme und elektrische Leitfähigkeit zwischen Nichtmetallen und Metallen, einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten mit Anisotropie, gute Korrosionsbeständigkeit und gute Röntgenstrahlendurchlässigkeit auf. Sie hat auch eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie hervorragende elektromagnetische Abschirmungseigenschaften.
Im Vergleich zu herkömmlichen Glasfasern ist der Elastizitätsmodul von Kohlefaser mehr als dreimal so hoch wie der von Glasfasern; im Vergleich zu Kevlar-Fasern ist sein Elastizitätsmodul etwa doppelt so hoch. Sie ist in organischen Lösungsmitteln, Säuren und Laugen unlöslich und quillt nicht auf, mit herausragender Korrosionsbeständigkeit.
Am 15. Februar 2016 durchbrach China die Kontrolle und Blockade Japans zur Entwicklung von Hochleistungs-Kohlefaser.
Zusammensetzung und Struktur
Kohlefaser ist eine anorganische Polymerfaser mit einem Kohlenstoffgehalt von über 90 %. Unter ihnen werden diejenigen mit einem Kohlenstoffgehalt von über 99 % als Graphitfasern bezeichnet. Die Mikrostruktur von Kohlefaser ähnelt künstlichem Graphit mit einer turbostratischen Graphitstruktur. Der Abstand zwischen den Schichten von Kohlefaser beträgt etwa 3,39 bis 3,42 Ångström. Die Kohlenstoffatome in jeder parallelen Schicht sind nicht so regelmäßig angeordnet wie in Graphit, und die Schichten sind durch Van-der-Waals-Kräfte verbunden.
Die Struktur von Kohlefaser besteht üblicherweise aus zweidimensional geordneten Kristallen und Poren. Der Gehalt, die Größe und die Verteilung von Poren haben einen erheblichen Einfluss auf die Leistung von Kohlefaser.
Wenn die Porosität unter einem bestimmten kritischen Wert liegt, hat die Porosität keinen offensichtlichen Einfluss auf die interlaminare Scherfestigkeit, die Biegefestigkeit und die Zugfestigkeit von Kohlefaserverbundwerkstoffen. Einige Studien haben darauf hingewiesen, dass die kritische Porosität, die zu einer Abnahme der mechanischen Eigenschaften des Materials führt, 1 % - 4 % beträgt. Wenn der Porenvolumengehalt im Bereich von 0-4 % liegt, nimmt die interlaminare Scherfestigkeit mit jedem 1 % Anstieg des Porenvolumengehalts um etwa 7 % ab. Studien an Kohlefaser-Epoxidharz- und Kohlefaser-Bismaleimidharz-Laminaten haben gezeigt, dass die interlaminare Scherfestigkeit zu sinken beginnt, wenn die Porosität 0,9 % überschreitet. Tests haben gezeigt, dass Poren hauptsächlich zwischen Faserbündeln und an den Grenzflächen verteilt sind. Darüber hinaus gilt: Je höher der Porengehalt, desto größer die Porengröße, was die Fläche der Grenzfläche im Laminat erheblich reduziert. Wenn das Material belastet wird, ist es anfällig für Grenzflächenversagen, weshalb die interlaminare Scherfestigkeit relativ empfindlich auf Poren reagiert. Darüber hinaus sind Poren Spannungskonzentrationsbereiche mit geringer Tragfähigkeit. Bei Belastung dehnen sich Poren aus und bilden lange Risse, was zu Schäden führt.
Selbst zwei Laminate mit gleicher Porosität (unter Verwendung unterschiedlicher Prepreg- und Herstellungsverfahren im selben Härtungszyklus) zeigen völlig unterschiedliche mechanische Verhaltensweisen. Die spezifischen Werte der Abnahme der mechanischen Eigenschaften mit zunehmender Porosität variieren, was zeigt, dass der Einfluss der Porosität auf die mechanischen Eigenschaften eine große Streuung und schlechte Wiederholbarkeit aufweist. Aufgrund der Einbeziehung vieler variabler Faktoren ist der Einfluss von Poren auf die mechanischen Eigenschaften von Verbundlaminaten ein komplexes Thema. Diese Faktoren umfassen: die Form, Größe und Lage der Poren; die mechanischen Eigenschaften von Fasern, Matrix und Grenzflächen; statische oder dynamische Lasten.
Im Vergleich zur Porosität und zum Porenbildungsverhältnis haben Porengröße und -verteilung einen größeren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften. Es wurde festgestellt, dass große Poren (Fläche > 0,03 mm²) nachteilige Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften haben, was auf den Einfluss von Poren auf die Rissausbreitung im harzreichen Grenzflächenbereich zurückzuführen ist.
Physikalische Eigenschaften
Kohlefaser kombiniert die hohe Zugfestigkeit von Kohlenstoffmaterialien und die weiche Verarbeitbarkeit von Fasern, was sie zu einem neuen Material mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften macht. Die Zugfestigkeit von Kohlefaser beträgt etwa 2 bis 7 GPa und der Elastizitätsmodul etwa 200 bis 700 GPa. Die Dichte liegt bei etwa 1,5 bis 2,0 Gramm pro Kubikzentimeter, was neben der Struktur der Precursor-Faser hauptsächlich durch die Temperatur der Karbonisierungsbehandlung bestimmt wird. Im Allgemeinen kann nach einer Hochtemperatur-Graphitisierungsbehandlung bei 3000 °C die Dichte 2,0 Gramm pro Kubikzentimeter erreichen. Darüber hinaus ist sie sehr leicht, mit einer spezifischen Dichte, die leichter als Aluminium ist, weniger als 1/4 der von Stahl, und einer spezifischen Festigkeit, die 20-mal so hoch ist wie die von Eisen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Kohlefaser unterscheidet sich von dem anderer Fasern und weist die Eigenschaft der Anisotropie auf. Die spezifische Wärmekapazität von Kohlefaser beträgt im Allgemeinen 7,12. Die Wärmeleitfähigkeit nimmt mit steigender Temperatur ab; sie ist in Richtung parallel zur Faser (0,72 bis 0,90) negativ und in Richtung senkrecht zur Faser (32 bis 22) positiv. Der spezifische Widerstand von Kohlefaser hängt von der Art der Faser ab; bei 25 °C beträgt der von Hochmodul-Kohlefaser 775 und der von Hochfestigkeits-Kohlefaser 1500 pro Zentimeter. Dies macht Kohlefaser zur höchsten spezifischen Festigkeit und zum höchsten spezifischen Modul aller Hochleistungsfasern. Im Vergleich zu Metallwerkstoffen wie Titan, Stahl und Aluminium weist Kohlefaser in Bezug auf die physikalischen Eigenschaften die Merkmale hoher Festigkeit, hohen Moduls, geringer Dichte und geringen linearen Ausdehnungskoeffizienten auf und kann als "König der neuen Materialien" bezeichnet werden.
Neben den Eigenschaften allgemeiner Kohlenstoffmaterialien weist Kohlefaser eine deutlich anisotrope und weiche Form auf, kann zu verschiedenen Geweben verarbeitet werden und weist aufgrund ihres geringen spezifischen Gewichts eine hohe Festigkeit in Faserachsenrichtung auf. Kohlefaserverstärkte Epoxidharzverbundwerkstoffe weisen die höchsten umfassenden Kennzahlen für spezifische Festigkeit und spezifischen Modul unter den vorhandenen Strukturwerkstoffen auf. Die Zugfestigkeit von Kohlefaserharzverbundwerkstoffen liegt im Allgemeinen bei über 3500 MPa, was 7- bis 9-mal so hoch ist wie die von Stahl, und der Zug-Elastizitätsmodul liegt bei 230 bis 430 GPa, was ebenfalls höher ist als der von Stahl; daher kann die spezifische Festigkeit von CFRP, d. h. das Verhältnis der Festigkeit des Materials zu seiner Dichte, mehr als 2000 MPa erreichen, während die spezifische Festigkeit von A3-Stahl nur etwa 59 MPa beträgt, und sein spezifischer Modul ist ebenfalls höher als der von Stahl. Im Vergleich zu herkömmlichen Glasfasern ist sein Elastizitätsmodul (eine physikalische Größe, die die Zug- oder Druckeigenschaften eines Materials innerhalb der elastischen Grenze darstellt) mehr als dreimal so hoch wie der von Glasfasern; im Vergleich zu Kevlar-Fasern ist sein Elastizitätsmodul etwa doppelt so hoch. Tests an Kohlefaser-Epoxidharz-Laminaten haben gezeigt, dass mit zunehmender Porosität sowohl die Festigkeit als auch der Modul abnehmen. Die Porosität hat einen sehr signifikanten Einfluss auf die interlaminare Scherfestigkeit, die Biegefestigkeit und den Biegemodul; die Zugfestigkeit nimmt mit zunehmender Porosität relativ langsam ab; der Zugmodul wird von der Porosität weniger beeinflusst.
Kohlefaser hat auch eine ausgezeichnete Feinheit (eine Ausdrucksform der Feinheit ist das Gewicht von 9000 Meter langer Faser), im Allgemeinen nur etwa 19 Gramm, und die Zugkraft beträgt bis zu 300 kg pro Mikrometer. Nur wenige andere Materialien weisen eine solche Reihe von hervorragenden Eigenschaften auf wie Kohlefaser, weshalb sie in Bereichen mit strengen Anforderungen an Zähigkeit, Steifigkeit, Gewicht und Ermüdungseigenschaften eingesetzt wird. Wenn sie nicht mit Luft und Oxidationsmitteln in Kontakt kommt, kann Kohlefaser hohe Temperaturen über 3000 Grad aushalten, mit herausragender Hitzebeständigkeit. Im Vergleich zu anderen Materialien beginnt die Festigkeit von Kohlefaser erst bei Temperaturen über 1500 °C abzunehmen, und je höher die Temperatur, desto größer ist die Faserfestigkeit. Die radiale Festigkeit von Kohlefaser ist nicht so gut wie die axiale Festigkeit, daher ist Kohlefaser empfindlich gegenüber radialer Kraft (d. h. sie kann nicht geknotet werden), während die Whisker-Eigenschaften anderer Materialien bereits erheblich abgenommen haben. Darüber hinaus hat Kohlefaser eine gute Tieftemperaturbeständigkeit; sie wird beispielsweise bei flüssigem Stickstoff nicht spröde.
Die chemischen Eigenschaften von Kohlefaser ähneln denen von Kohlenstoff. Sie ist gegenüber allgemeinen Laugen inert, außer dass sie durch starke Oxidationsmittel oxidiert werden kann. Wenn die Temperatur an der Luft höher als 400 °C ist, tritt eine deutliche Oxidation auf, die CO und CO₂ erzeugt. Kohlefaser hat eine gute Korrosionsbeständigkeit gegenüber allgemeinen organischen Lösungsmitteln, Säuren und Laugen, ist unlöslich und quillt nicht auf, und ihre Korrosionsbeständigkeit ist ausgezeichnet, ohne Rostprobleme. Einige Wissenschaftler tauchten 1981 eine PAN-basierte Kohlefaser in eine stark alkalische Natronlauge, und nach mehr als 30 Jahren behält sie immer noch ihre Faserform. Ihre Schlagfestigkeit ist jedoch schlecht und sie wird leicht beschädigt. Sie oxidiert unter Einwirkung starker Säuren. Die elektromotorische Kraft von Kohlefaser ist positiv, während die von Aluminiumlegierungen negativ ist. Wenn Kohlefaserverbundwerkstoffe in Kombination mit Aluminiumlegierungen verwendet werden, treten Metallkarbonisierung, Aufkohlung und elektrochemische Korrosionsphänomene auf. Daher muss Kohlefaser vor Gebrauch einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden. Kohlefaser weist auch Eigenschaften wie Ölbeständigkeit, Strahlungsbeständigkeit, Radiobeständigkeit, Absorption von giftigen Gasen und Neutronenmoderation auf.
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