Mik azok a szénszálak?
A szénszálak grafitszerű, hosszú láncú, hálózatos szerkezetű szénegységek. A szén hosszú láncú hálózatos egységei a szénatomok katenációs tulajdonsága, azaz egy hasonló elem atomjainak kapcsolódása miatt keletkeznek.
Thomas Elva Edison nevéhez fűződik az első szénszál létrehozása az izzó elektromos izzószálában, természetes pamut felhasználásával.
A prekurzorok a szénszálak előállításához használt nyers elemek.
Hogyan készül a szénszál?
A legtöbb szénszál a poliakrilnitrilnek vagy PAN-nak nevezett eljárásból készül. Az eljárás során a rostlemezt olyan nagy hőhatásnak teszik ki, hogy a szén kivételével szinte minden leég.
A normál szénszálak gyártásának lépései:
1: Polimerizálás: Hosszú láncú polimer előállításához a prekurzort polimerizálják.
2: Spinning: Ezt követően a polimert hosszú szálakká fonják. Általában kémiai és mechanikai eljárásokat alkalmaznak.
3: Oxidáló: A szál stabilizálása a levegőben való hevítéssel történik. Elnyeli az oxigént a levegőből, és kifinomult atomi átrendeződési folyamaton megy keresztül, hogy stabilizálja a szálat.
4: Karbonizáció: Oxigén hiányában az oxidált és stabilizált szál magas hőmérsékletű kezelése elősegíti a nem szénatomok elvesztését, ami szorosan tömörített szénszálat eredményez.
5: Felületkezelés: A karbonizált szálak rossz kötési képességgel rendelkeznek, így nehéz összeolvadni az epoxigyantákkal kompozit előállításához. Ennek a kötőképességnek a megszerzéséhez a felületet megfelelő vegyszerekkel kezeljük.
6: Méretezés: A védelem érdekében a szálakat epoxival, nylonnal, poliészterrel és egyéb anyagokkal vonják be. Ezt méretezésnek nevezik.
A szénszálas nyerslemezt ezután összevonják más fémekkel (ez fontos része a szénszál vezetőképességének megértésének), és a kapott vegyületet kémiai eljárásokkal kezelik és méretezik.
Az eljárás mélyreható, ezért költséges.
KAPCSOLÓDÓ: 5 szórakoztató felhasználási lehetőség a szénszálas lapokhoz
A szénszál önmagában is vezetőképes?
Nem, a szénszál nem túl vezető, ha semmi mással nem kombinálják, sem a hő, sem az elektromos vezetőképesség szempontjából.
Ami a hővezető képességet (a hővezetési képességet) illeti, a szénszál átlagos. A viszonylag jó minőségű szénszál körülbelül akkora hővezető képességgel rendelkezik, mint a szilícium, és még a csúcskategóriás szénszálak is kisebb vezetőképességgel rendelkeznek, mint az alumínium.
A sima régi szénszál egy kicsit jobb az elektromos vezetés szempontjából, bár még mindig nem olyan vezető, mint a legtöbb fém. Amikor elektromos vezetőként használják, a legjobb, ha a szénszálat úgy módosítják, hogy más fémekkel összefonják, vagy elektromosan vezetőbb szén-allotrópot, például gyémántot vagy grafitot hoznak létre.
Hogyan tehetjük vezetőbbé a szénszálat?
Az elektromos vezetőképesség növelése érdekében a szénszálat az izolálás után más anyagokkal kell kezelni. A vezetőképesség növelése érdekében a szénszálakkal kombinálható legjobb vegyületek a latex az ionos vezetőképesség (folyadékon keresztül) és a szilícium-dioxid füst az elektronikus vezetőképesség (szilárd anyagon keresztül).
Vannak szén-allotrópok, amelyek sokkal jobban vezetik a hőt, mint a szénszálas -- gyémánt, különösen a sima szénszálaknál 100-szor hatékonyabban vezeti a hőt. Ezen allotrópok létrehozása korántsem egyszerű, de vannak olyan folyamatok, amelyek nyomást, hőt és más kémiai reakciókat foglalnak magukban, amelyek lehetővé teszik az átalakulást. Ha a szénszálat ezekkel a szén-allotrópokkal kezelik, amikor azok készen állnak, a szénszál hővezető képessége a többszörösére nőhet.
Tehát a szénszál vezetőképes? Alapállapotában nem annyira, de ez egy kis tudomány segítségével könnyen változhat.
KAPCSOLÓDÓ: Mire használható a szénszálas csomagolás?
A szénszál a fémhez képest vezetőképes?
Nem önmagában, nem. Más fémekkel kezelve viszont igen.
Önmagában a szénszál a fémekhez képest nem nagy elektromos vezető. Valójában a legtöbb fém körülbelül 1000-szeresére vezeti az elektromosságot, csakúgy, mint a sima szénszál. Még ha más anyagokkal is kezelik, a szénszálak még mindig nem olyan jók, mint a fémek az elektromosság vezetését illetően. Az olyan fémek, mint az ezüst, az alumínium és a réz, különösen jól vezetik az elektromosságot, még mindig körülbelül 100-szor olyan gyorsan, mint a jó elektromos vezetőkkel kezelt szénszál.
A hőenergia vezetése egy másik történet. Ha jól elkészítik és megfelelően kezelik, a szénszál valójában jobban vezeti a hőt, mint egy nagy vezetőképességű fém, például a réz.
Mire használható a vezetőképes szénszál?
A kezelt szénszálat olyan luxuscikkekben használják, mint a sisakok és a poggyászok, amelyek könnyű és tartósak. A szénszál vezetőképessége azonban több ipari felhasználásban is megmutatkozik, mint például a konténerburkolatok mérnöki és repülési projektekben.
A tudomány még mindig dolgozik a szénszál elektromos vezetőképességének javításán. A fémhuzalokhoz képest kiemelkedő tartóssága, hőállósága, könnyű súlya és kis mérete miatt várható, hogy a szénszálas termékeket a jövőben sokkal gyakrabban használják majd vezetőként.
A szénszálnak számos csodálatos tulajdonsága van. Ezek egyike a csodálatos hő- vagy elektromos vezető képessége, ha más fémkompozitokkal kezelik.
