Углеродное сырье что это
Углеродные материалы
Товарные углеродные материалы представляют собой сыпучие формы порошкообразных или гранулированных химических продуктов с высоким содержанием углерода. Это весьма востребованная побочная продукция основных производственных переделов.
Производятся разные марки таких материалов, отличающиеся процентным содержанием химически чистого углерода и зольных примесей. Чаще всего обозначается сочетанием МУ (материал углеродсодержащий) с числовым индексом содержания углерода. Встречаются также другие обозначения: ГИИ (графит измельченный искусственный) и ООУ (отходы обожженные угольные).
Массовая доля серы, % не более
Массовая доля влаги, % не более
Массовая доля золы, % не более
Массовая доля углерода, % не менее
Применение углеродсодержащих материалов
Чистота углеродсодержащих материалов (зольность) считается одной из ключевых характеристик. Особо чистые используют в процессах химико-термического восстановления, в технологиях синтеза карбидов. Углеродные материалы большей зольности находят применение в металлургической отрасли (сталелитейное производство). В процессе изготовления разных марок чугуна и стали применяют технологию так называемого науглероживания расплавов металлов, к примеру, в ковше. Заключается она в доведении процентного содержания углерода в расплаве до заданных стандартом значений.
Легче всего это сделать с помощью добавления в состав расплавленного металла порошкообразного (гранулированного) науглероживателя. Для этого используют углеродсодержащие материалы необходимой марки. По составу зольного остатка они удовлетворяют следующим требованиям:
Науглероживание расплава железа с помощью углеродсодержащих добавок считается одной из основных операций в технологии производства различных марок синтетического чугуна. Благодаря сыпучей консистенции и физико-химическим свойствам, науглероживатели быстро перемешиваются с расплавленным металлом, полностью и равномерно в нем растворяются.
Изготовление углеродсодержащих добавок
Для изготовления промышленных марок углеродных материалов с высоким содержанием химически чистого углерода и низким показателем зольности широко используют отходы графитового производства, а также вторичное сырье из графита, поставляемое из смежных промышленных отраслей (огарки электродов, доменных блоков, термических нагревателей; бой, отходы, стружка, отбраковка при производстве фасонных изделий из графита).
Современная технология переработки отходов и вторичного графитового сырья позволяет получать качественный высоколиквидный углеродсодержащий материал. При этом снижается себестоимость продукции графитового производства и сводятся к минимуму потери ценного сырья.
Свойства и преимущества
Науглероживатели из графитового сырья характеризуются высоким процентным содержанием чистого углерода. В их составе сведено к минимуму содержание нежелательных примесей. Гексагональная форма кристалла углерода в графите способствует лучшей его смачиваемости расплавом металла и ускоряет процесс растворения углеродсодержащего продукта. Другие существенные преимущества:
Применение графитовых углеродсодержащих материалов повышает эффективность сталелитейного производства, позволят выплавлять высококачественные марки стали и чугуна с заданными свойствами.
Углеволокно. Свойства и применение. Виды заготовок и особенности
Углеволокно (УВ) – специализированный прочный материал, состоящий из тонких нитей толщиной от 5 до 10 мкм, сформированных атомами углерода. Обычно они в дальнейшем собираются для изготовления особой пряжи. Особенность данного материала в химической инертности, малом удельном весе, а также высокой прочностью к растяжению.
Технология изготовления
Углеволокно отличается высокой стоимостью, так как технология его производства достаточно затратная и сложная. В качестве исходного сырья для получения углеволокна применяются органические волокна. Задача производителя – удалить из них все лишнее, кроме атомов углерода.
Чтобы получить углеродное волокно, исходное сырье окисляют на воздухе, долго воздействуя на него при температуре 250°C. Длительность этого процесса может доходить до 1 суток. Температура способствует строению в волокнах особенных лестничных структур атомов.
На следующем производственном этапе выполняется постепенный нагрев до температуры 800°C, а затем ее повышением до 1500°C. Это происходит уже в среде азота или аргона. Данный процесс называется карбонизация. Он заканчивается образованием графитовой структуры.
Финальная стадия производства называется графитизация. Это очень ресурсозатратный сложный процесс, который подразумевает прогрев формируемого волокна до 3000°C. В итоге в нем остается не более 1% примесей, основную же структуру занимают именно атомы углерода.
Полученные волокна в разы тоньше человеческого волоса. В итоге они собираются пучками, после чего из них обычно сплетается подобие ткани. Такой материал в основном применяется для изготовления различных изделий методом соединения слоями с использованием в качестве связующего полимерных смол.
Виды полуфабрикатного сырья из углеволокна
Волокна перерабатываются в различные материалы, используемые как полуфабрикат для получения других изделий. Производители предлагают свое сырье в таком виде:
Вся эта продукция применяется в композитных материалах, где углеволокно служит армирующим слоем. В качестве же связующего, может использовать смола, бетон и т.д. Также существуют варианты применения углеродных волокон в чистом виде, однако в этом случае они ценятся не за прочность, а к примеру адсорбирующие качества.
Свойства углеродного волокна
Материал имеет выдающиеся качества, за счет чего является незаменимым во многих направлениях. К главным техническим параметрам углеродного волокна можно отнести:
Материал способен выносить нагрев вплоть до 1600-2000°С без изменения качеств, при условии нахождения в бескислородной среде. Данное свойство углеволокна дает возможность его использовать как тепловой экран в различных устройствах, эксплуатируемых в условиях повышенных экстремальных температур.
Углеволокно способно переносить контакт практически с любыми химическими веществами. Но все же оно не идеальное, так как окисляется в кислородной среде при сильном нагреве. В итоге реально использовать углеродное волокно на воздухе можно только при условии нагрева не более, чем 370°С. Это все же не так плохо. Нужно отметить, что обычно материал находится в композите, где не контактирует с воздухом. Если связующий компонент композита способен держать большую температуру чем 370°С, то и для углеволокна предел будет ограничен только стойкостью внешней оболочки. Пока последняя не разрушится, волокно будет работать без изменения рабочих качеств.
Удельная прочность углеволокна доходит до 2,5-3,5 ГПа при воздействии на разрыв. Это один из самых крепких материалов. При этом он гибкий и очень легкий. Изделия из углеволокна в разы превосходят возможности пластиков, дерева и т.д. Благодаря этому из них делают облегченные сверхмощные рамы для велосипедов, мотоциклов и даже детали обшивки гоночных автомобилей, космических аппаратов, самолетов.
При пропускании через углеволокно электрического тока, оно сильно разогревается. Именно это изначально и являлось основным ценным свойством материала. Его изобретатель Т.Эдисон разработал технологию получения волокон из углерода именно благодаря тому, что тот при пропускании тока греется. Ученый использовал УВ в качестве нити накаливания для своих электрических ламп освещения. В дальнейшем такое применение было прекращено, так как использование вольфрама более практичное. Сейчас токопроводимостью углеволокна пользуются в электронике.
Где используется
Углеродное волокно применяется в самых разнообразных сферах и областях, так как ценится за легкость и прочность.
Углеволокно используется в таких направлениях производства:
В больших объемах УВ расходуется в строительной сфере. В своем большинстве он нужен для реставрации старинных архитектурных сооружений. Одним из примеров такого применения является углебетон. Это композитный материал, представляющий собой по составу обычный бетон, в который слоями вложено углеволокно. Он намного прочнее прочих бетонов, к тому же не боится коррозии, так как не имеет стальной арматуры. Также углеволокном, с применением полимерных смол, укрепляют различные поврежденные поверхности, чтобы вернуть их монолитность перед оштукатуриванием, не создавая слишком толстый слой штукатурки.
УВ применяется также для изготовления систем фильтрации. Оно обладает очень выраженными абсорбирующими качествами. Это позволяет фильтрам на его основе удалять органические и хлорорганические соединения. Считается, что они позволяют убрать из питьевой воды сторонние вкус и запахи. Само УВ при этом является полностью безопасным для человека, так как не выделяет никаких опасных компонентов в жидкость.
Что такое карбон
Одним их самых известных материалов, получаемых из углеволокна, является карбон. Он изготавливается из хаотично расположенных волокон, из которых формируются пучки. Последние переплетаются по схожей технологии, что применяется при изготовлении тканей. Количество ниток в пучках исчисляется тысячами. Чем их больше, тем толще карбон. В связи с этим в его названии применяется маркировка, указывающая на количество волокон. Так, если толщина обозначена как 2.5K, то это говорит, что в карбон вплетено 2,5 тыс. волокон. Встречается материал разной толщины: 6K, 12K и даже 24 К.
Стоит отметить, что карбон толщиной в 12К настолько прочный, что преимущественно применяется в военной промышленности. Из него делают головки баллистических ракет, и даже лопасти для вертолетов. Углеволокно в карбоне такой толщины способно выносить колоссальные нагрузки, от которых обычный металл просто изогнется. При этом это очень легкий материал.
Что такое углепластик
Многие знают об углепластике, который также содержит в себе УВ. Для его формирования применяются 3 технологии:
При использовании мокрого способа, углеродное волокно укладывается слоями в формы, между ними наносится смола. Чаще всего применяется эпоксидная, или полиэфирная. В итоге сделанное таким образом изделие высушивается до полимеризации связующего, после чего извлекается из формы.
Также распространенным методом является прессование. Для этого исходное сырье пропитываться смолой, затем спрессовывается. В итоге во время сжатия полимер затвердевает, и на выходе получается готовое изделие. Оно отличается от получаемых другими методами тем, что имеет ребристую поверхность. Особенность этой технологии в том, что возможно делать в итоге предмет практически любой объемной формы.
Также из углеволокна можно изготавливать трубы методом намотки. Для этого применяется только тканый или нетканый материал в виде холста. Он наматывается на цилиндр нужного диаметра, с нанесением между слоями смолы. В итоге достаточно быстро формируются трубки. Обычно их используют для изготовления легких лыжных палок, удилищ. Аналогичным методом делают и облегченные рамы для спортивных велосипедов.
Недостатки углеволокна и изделий из него
У углеволокна имеются и недостатки. В целом это хороший материал, но композиты на его основе далеко не идеальные. Они имеют ряд слабых сторон:
Сами по себе композитные материалы на основе углеволокна отличаются превосходной стойкостью. При этом они плохо переносят точечные удары. В итоге от такого воздействия на них могут образовываться сколы. Конечно проблема здесь не в самом углеволокне, а смоле. Волокно служит внутренней арматурой, а сама смола выполняет силовую скрепляющую функцию. Так что при ударах скалывается именно она.
Сложно изготовить как само углеволокно, так и в дальнейшем изделия из него. Нужно укладывать его слой за слоем, и промазывать связывающим полимером. К примеру, чтобы сформировать лист углепластика толщиной 1 мм, нужно уложить 4 слоя углеволокна. То есть сам процесс достаточно длительный и кропотливый.
Очень часто под видом изделий из углеволокна продают стеклопластик и подобные композиты. Внешне они могут быть похожи, но являются менее прочными. Так что не всегда, если заявлено что изделие содержит УВ, это на самом деле так, и оно отличается повышенной прочностью.
Что такое углеводородное сырье: определение
Прогнозы, разведка
Современные тенденции
Состав нефти
около 1 % кислорода;
около 1 % металлов (ванадия, никеля, железа кобальта, хрома, молибдена);
около 1 % солей (хлоридов магния, кальция, натрия).
Месторождения углеводородного сырья отличаются по глубине залегания и способам добычи. К примеру, на глубинах до 5-6 километров находится нефть и углеводородный газ, на больших глубинах можно обнаружить только газ, у поверхности — только нефть. Бо́льшая часть продуктивных пластов располагается между 1 и 6 километром, здесь газ и нефть могут встречаться в разных сочетаниях.
Происхождение нефти
Интересные факты
Использование углеводородного сырья уходит корнями в глубокую древность. Есть сведения о том, что больше 6500 лет назад жители территории, на которой сегодня находится Ирак, добывали цементирующий и строительный материал при возведении домов, защищая свои жилища от попадания влаги. В Древнем Египте собирали нефть с поверхности воды, применяли ее для освещения и в качестве строительного материала. Уникальное углеводородное сырье применялось для герметизации лодок и в качестве мумифицирующего вещества.
На Ближнем Востоке во время существования древнего Вавилона осуществлялась полноценная торговля «черным золотом».
Переработка углеводородного сырья в России началась только в XV веке. Ее собирали на реке Ухта с поверхности воды и применяли не только для хозяйственных нужд, но и в качестве лекарственного средства.
Лишь в 1864 году в Кубанской области перешли к механическому бурению скважин с помощью паровой машины. Мировая нефтедобыча началась с августа 1859 года на территории США. Благодаря бурению скважин появился дешевый доступ к требуемому сырью, стала активно развиваться нефтяная отрасль.
Востребованным углеводородным сырьем являются попутный и природный газы. Они могут находиться в трех типах залежей: газонефтяных, газовых, газоконденсатных. Для газовых залежей характерно естественное подземное скопление алканов, которое не имеет прямой связи с нефтяными месторождениями. Газонефтяные залежи характеризуются одновременным присутствием нефти и газа.
Газоконденсатные виды характеризуются высоким давлением и повышенными температурами в пласте. В таких условиях углеводороды переходят в газ, при понижении давления идет обратная конденсация.
Природные газы в большей части состоят из метана. Также в их составе есть пропан, этан, бутан, несущественное количество пентана и иных компонентов: азота, углекислого газа, инертных газов, сероводорода. На долю природного газа приходится 99,3 % метана, а гомологи составляют не больше 5 %.
Попутный газ — это газ, который растворен в нефти либо выделяется из нее в процессе добычи. По выходу из скважины нефть и попутный газ проходят через газогенераторы, здесь и начинается их разделение. Именно попутный газ является ценнейшим сырьем для нефтехимического промышленного синтеза.
Области применения
Среди основных областей использования углеводородного сырья необходимо упомянуть применение в виде топлива. Высокая температура сгорания, экономичность применения, все это сделало газ самым востребованным видом энергетических ресурсов. Кроме природного и попутного газа, прекрасным углеводородным сырьем является нефть. От рациональности добычи, комплексности переработки природных ресурсов, соблюдения мер безопасности, напрямую зависит экономическая и политическая мощь государства.
Материал углеродный
Товарные углеродные материалы представляют собой сыпучие формы порошкообразных или гранулированных химических продуктов с высоким содержанием углерода. Это весьма востребованная побочная продукция основных производственных переделов.
Производятся разные марки таких материалов, отличающиеся процентным содержанием химически чистого углерода и зольных примесей. Чаще всего обозначается сочетанием МУ (материал углеродсодержащий) с числовым индексом содержания углерода. Встречаются также другие обозначения: ГИИ (графит измельченный искусственный) и ООУ (отходы обожженные угольные).
Массовая доля серы, % не более
Массовая доля влаги, % не более
Массовая доля золы, % не более
Массовая доля углерода, % не менее
Применение углеродсодержащих материалов
Чистота углеродсодержащих материалов (зольность) считается одной из ключевых характеристик. Особо чистые используют в процессах химико-термического восстановления, в технологиях синтеза карбидов. Углеродные материалы большей зольности находят применение в металлургической отрасли (сталелитейное производство). В процессе изготовления разных марок чугуна и стали применяют технологию так называемого науглероживания расплавов металлов, к примеру, в ковше. Заключается она в доведении процентного содержания углерода в расплаве до заданных стандартом значений.
Легче всего это сделать с помощью добавления в состав расплавленного металла порошкообразного (гранулированного) науглероживателя. Для этого используют углеродсодержащие материалы необходимой марки. По составу зольного остатка они удовлетворяют следующим требованиям:
Науглероживание расплава железа с помощью углеродсодержащих добавок считается одной из основных операций в технологии производства различных марок синтетического чугуна. Благодаря сыпучей консистенции и физико-химическим свойствам, науглероживатели быстро перемешиваются с расплавленным металлом, полностью и равномерно в нем растворяются.
Изготовление углеродсодержащих добавок
Для изготовления промышленных марок углеродных материалов с высоким содержанием химически чистого углерода и низким показателем зольности широко используют отходы графитового производства, а также вторичное сырье из графита, поставляемое из смежных промышленных отраслей (огарки электродов, доменных блоков, термических нагревателей; бой, отходы, стружка, отбраковка при производстве фасонных изделий из графита).
Современная технология переработки отходов и вторичного графитового сырья позволяет получать качественный высоколиквидный углеродсодержащий материал. При этом снижается себестоимость продукции графитового производства и сводятся к минимуму потери ценного сырья.
Свойства и преимущества
Науглероживатели из графитового сырья характеризуются высоким процентным содержанием чистого углерода. В их составе сведено к минимуму содержание нежелательных примесей. Гексагональная форма кристалла углерода в графите способствует лучшей его смачиваемости расплавом металла и ускоряет процесс растворения углеродсодержащего продукта. Другие существенные преимущества:
Применение графитовых углеродсодержащих материалов повышает эффективность сталелитейного производства, позволят выплавлять высококачественные марки стали и чугуна с заданными свойствами.
Способы получения и свойства углеродного волокна
Прошло почти полтора века с того момента, как изобретательный американец Томас Эдисон запатентовал использование углеродных волокон в качестве нитей накаливания в электрических лампах. Сейчас углеволокно стало символом инноваций, совершенства и нового времени. Его применяют во всех технологичных областях – военная промышленность, ракетостроение, авиация, строительство, спорт, медицина. Но изделия из углеродного волокна все чаще можно обнаружить у себя дома! В свободной продаже есть карбоновые удочки, инструменты, одежда, чехлы для смартфонов, ноутбуки, бейсбольные биты, даже карбоновые украшения. Какова же причина растущего признания? Все это лидеры в своей области, авангард современных технологий. И у каждого из нас теперь есть возможность приобрести углеволокно – материал будущего!
Свойства углеродного волокна
Давайте разбираться, что же собой представляет столь многообещающее углеродное волокно. Это материал, состоящий из тончайших нитей диаметром от трех микрон, состоящих практически на сто процентов из атомов углерода. Атомы углерода в нем объединены в кристаллы, выровненные параллельно друг другу, словно стойкие легионеры в когорте. Такое расположение кристаллов наделяет углеволокно уникальным набором технических характеристик и эксплуатационных свойств:
Столь уникальная совокупность всех этих достоинств сверхлегкого углеволокна объясняет его ценность и незаменимость во многих отраслях промышленности. Композитные материалы на основе углеродных наполнителей являются идеальным материалом для работы в экстремальных условиях. И уже теснят привычную сталь, уступающую в несколько раз в прочности и жесткости при равенстве массы. Снижение веса деталей и конструкций позволяет существенно экономить топливо, а также сокращает вредные выбросы в атмосферу.
Способы получения углеродного волокна
Углеродное волокно – чудесный полимер, он прочнее стали, но гораздо легче. Как же его получают? Обработкой природных или специальных химических волокон очень высокой температурой, в результате которой в материале остается преимущественно углерод. В качестве органических источников выступают полиакрилонитрильные (ПАН) и вискозные волокна, химических – фенольные смолы, лигнин, каменноугольные и нефтяные пеки.
Рассмотрим процесс термической обработки полиакрилонитрила, состоящий из нескольких этапов:
В результате термической обработки мы получим почти чистый углерод в форме графита. Такое вещество и будет называться углеродным волокном. Из этих волокон затем делают нити, которые могут сплетаться в специальную ткань – универсальную углеродную ленту FibArm Tape с весьма широким спектром применения.
Широкое распространение получили углепластики – это композитные материалы, в которых смола удерживает нити углеволокна в требуемом положении, придавая форму и необходимые характеристики пластику. В роли смолы чаще всего используют эпоксидные составы, такие как двухкомпонентная эпоксидная смесь FibArm Resin HT+.
Углеродные волокна сегодня все чаще используются при строительстве, укреплении и сейсмоусиления конструкций, выполненных из:
Усиление строительных конструкций углеволокном увеличит несущую способность без изменения структуры объекта. Все необходимые композитные материалы можно приобрести на нашем сайте FibArm, где представлены линейки следующей продукции: