Produktbeschreibung
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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. Das Unternehmen beherrscht die Kilotonnen-Technologie für die Qualitäten T300 und T700 sowie die Hunderttonnen-Technologie für die Qualitäten T800 und M30 und besitzt unabhängige geistige Eigentumsrechte an Schlüsseltechnologien und Kernanlagen.
Seit seiner Gründung hat Shenzhen Turing Evolution Technology Co., Ltd. insgesamt fast 10.000 Tonnen Kohlefaser verkauft, was den größten Teil des Verkaufsvolumens auf dem heimischen Kohlefasermarkt ausmacht.
Die Produkte werden in industriellen Bereichen wie Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen, Verbundkabelkernen, Druckbehältern, medizinischen Geräten sowie im Bauwesen und im Sport- und Freizeitbereich eingesetzt. Sie erhielten gute Bewertungen bei Erprobungen in den Bereichen Landesverteidigung und Militär, wie Luft- und Raumfahrt, Waffenindustrie und Nuklearindustrie, und finden breite Anwendung in aufstrebenden Bereichen wie Elektrofahrzeugen, Schienenverkehr, Windkraftanlagen und Meerestechnik.
Shenzhen Turing Evolution Technology Co., Ltd. hat seinen Sitz 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 das Unternehmen 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 erforscht und entwickelt, beherrscht Kernprozesse wie Polymerisation mit extrem großer Kapazität, Trocken-Nass-Spinnen und homogene Voroxidation-Karbonisierung sowie die Herstellung von Schlüsselgeräten und kann die Hochleistungs-Kohlefasern der Qualitäten SYT45, SYT49 und SYT55 stabil in Serie und im großen Maßstab produzieren.
Shenzhen Turing Evolution Technology Co., Ltd. hat als Erster in der Branche die Zertifizierung nach ISO9001 für Qualitätsmanagementsysteme, ISO14001 für Umweltmanagementsysteme, OHSAS18001 für Arbeitsschutzmanagementsysteme und ISO10012 für Messprüfsysteme bestanden. Es hat ein Prüfzentrum für Hochleistungsfasern und ein Forschungs- und Entwicklungszentrum für neue Produkte eingerichtet und an der Ausarbeitung nationaler Standards für Kohlefaser- und Precursor-Produkte mitgewirkt.
Kohlefaser (kurz CF) ist ein neuer Fasertyp mit hoher Festigkeit und hohem Modul, der mehr als 95 % Kohlenstoff enthält. 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 Graphitierungsbehandlung gewonnen wird. Kohlefaser ist "außen weich und innen hart". Sie ist leichter als metallisches Aluminium, aber fester als Stahl. Sie weist auch die Eigenschaften Korrosionsbeständigkeit und hohen Modul auf, 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 besitzt 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 Kevlarfasern ist sein Elastizitätsmodul etwa doppelt so hoch. Sie ist in organischen Lösungsmitteln, Säuren und Laugen unlöslich und quillt nicht auf, mit hervorragender 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, einer turbostratischen Graphitstruktur. Der Abstand zwischen den Schichten von Kohlefaser beträgt etwa 3,39 bis 3,42 Ångström. Die Kohlenstoffatome zwischen den parallelen Schichten sind nicht so regelmäßig angeordnet wie in Graphit, und die Schichten sind durch Van-der-Waals-Kräfte verbunden.
Die Struktur von Kohlefaser wird üblicherweise als aus zweidimensional geordneten Kristallen und Poren bestehend betrachtet. 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 deuten darauf hin, dass die kritische Porosität, die zu einer Abnahme der mechanischen Eigenschaften des Materials führt, 1 % bis 4 % beträgt. Wenn der Porenvolumengehalt im Bereich von 0-4 % liegt, nimmt die interlaminare Scherfestigkeit mit jedem 1 % Zunahme des Porenvolumengehalts um etwa 7 % ab. Studien an Kohlefaser-Epoxidharz- und Kohlefaser-Bismaleimidharz-Laminaten zeigen, dass die interlaminare Scherfestigkeit zu sinken beginnt, wenn die Porosität 0,9 % überschreitet. Experimente haben gezeigt, dass Poren hauptsächlich zwischen Faserbündeln und an den interlaminaren Grenzflächen verteilt sind. Darüber hinaus gilt: Je höher der Porengehalt, desto größer die Porengröße, was die Fläche der interlaminaren Grenzfläche im Laminat erheblich reduziert. Wenn das Material belastet wird, ist es anfällig für interlaminares Versagen, weshalb die interlaminare Scherfestigkeit relativ empfindlich auf Poren reagiert. Darüber hinaus sind Poren Bereiche mit Spannungskonzentrationen und geringer Tragfähigkeit. Unter Belastung dehnen sich Poren aus und bilden lange Risse, was zu Schäden führt.
Selbst zwei Laminate mit der gleichen Porosität (unter Verwendung unterschiedlicher Prepreg-Methoden und Herstellungsverfahren im selben Härtezyklus) 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 Position von Poren; die mechanischen Eigenschaften von Fasern, Matrix und Grenzflächen; statische oder dynamische Lasten.
Im Vergleich zur Porosität und zum Porengrößenverhältnis 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 interlaminaren Bereich 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 hauptsächlich durch die Karbonisierungstemperatur bestimmt wird, zusätzlich zur Beziehung zur Struktur der Precursor-Faser. Im Allgemeinen kann nach einer Hochtemperatur-Graphitierungsbehandlung bei 3000 °C die Dichte 2,0 Gramm pro Kubikzentimeter erreichen. Darüber hinaus ist sie sehr leicht, mit einer spezifischen Dichte leichter als Aluminium, weniger als 1/4 von Stahl und einer spezifischen Festigkeit 20-mal so hoch 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 negativ in Richtung parallel zur Faser (0,72 bis 0,90) und positiv in Richtung senkrecht zur Faser (32 bis 22). Der spezifische Widerstand von Kohlefaser hängt von der Art der Faser ab. Bei 25 °C beträgt der Hochmodul-Typ 775 und die hochfeste Kohlefaser 1500 pro Zentimeter. Dies macht Kohlefaser zur höchsten spezifischen Festigkeit und zum höchsten spezifischen Modul aller Hochleistungsfasern. Im Vergleich zu Metallmaterialien wie Titan, Stahl und Aluminium weist Kohlefaser in Bezug auf physikalische 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 signifikant anisotrope und weiche Form auf, kann zu verschiedenen Geweben verarbeitet werden und weist aufgrund ihres geringen spezifischen Gewichts eine hohe Festigkeit in Richtung der Faserachse auf. Kohlefaserverstärkte Epoxidharzverbundwerkstoffe weisen den höchsten Gesamtindex für spezifische Festigkeit und spezifischen Modul unter den vorhandenen Strukturmaterialien auf. Die Zugfestigkeit von Kohlefaserharzverbundwerkstoffen liegt im Allgemeinen über 3500 MPa, was 7- bis 9-mal so hoch ist wie die von Stahl, und der Zug-Elastizitätsmodul beträgt 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 ebenfalls höher ist 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 Kevlarfasern ist sein Elastizitätsmodul etwa doppelt so hoch. Tests an Kohlefaser-Epoxidharz-Laminaten zeigen, dass mit zunehmender Porosität sowohl Festigkeit als auch 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 von über 3000 Grad aushalten, mit hervorragender 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 Faserkraft. Die radiale Festigkeit von Kohlefaser ist nicht so hoch 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 von starken Oxidationsmitteln oxidiert wird. Wenn die Temperatur in der Luft über 400 °C liegt, 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 hervorragend, ohne Rostprobleme. Einige Wissenschaftler tauchten 1981 PAN-basierte Kohlefasern in eine stark alkalische Natronlauge, und nach mehr als 30 Jahren behielten sie immer noch die Faserform. Ihre Schlagfestigkeit ist jedoch schlecht und sie ist leicht zu beschädigen. 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, Radioresistenz, Absorption von giftigen Gasen und Neutronenverzögerung auf.
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