Süsinikkiu ajalugu

Süsinikkiu ajalugu

Elekter, lambipirnid, Edison ja peekon

Süsinikkiudu kasutati esmakordselt 1860. aastal, et luua kaar kahe laetud juhtiva süsiniku varda vahele. Elekter oli toona veidi tsirkuseetendus ja süsinikkiust, nagu neid teati, polnud absoluutselt mingit pistmist tänapäeval tuntud suure jõudlusega funktsioonide pakkumisega. Valgustuses kasutatakse aga süsinikkiudude soojapidavust ja elektrijuhtivust, aidates nii leida ehitusplokke, mis "pürolüüsi" teel süsinikkiude moodustavad. 1879. aastal kasutas Thomas Edison pürolüüsi süsinikkiust filamentide tootmiseks, mida seejärel kasutati elektroodidena esimese lambipirni sees. Need hõõgniidid, mis on saadud põletatud puuvilla- ja bambuskiudude lisanditest, on tegelikult elektrit juhtivad süsinikkiud.

Alles 1958. aastal valmistas füüsik Roger Bacon pürolüüsi käigus esimesed suure jõudlusega süsinikkiust vurrud. Uurides grafiidi sulamist kõrgel temperatuuril ja rõhul, avastas Bacon süsinikkiuga tugevdatud kuusnurkse struktuuri taga oleva keemia. See süsinikurikas struktuur korrutatakse, vormitakse leheks ja rullitakse pidevalt kogu kiu pikkuses. Peekoni vurrud toodavad maailmas teadaolevalt kõige jäigemaid ja tugevamaid kiude. Mõni aasta hiljem tootis Bacon kommertstoote, kasutades rayonipõhist lähteainet. Süsinikkiu mehaanilised võimalused võtavad lõpuks võimust. Selle avastuse tootmiskulud olid aga astronoomilised. Et elus olla,

Pigi ja pann

70ndatel hakati tööstuslikes seadetes realiseerima süsinikkiu kujutlusvõimelisi omadusi. Leonard Singer avastas "pigi"põhised süsinikkiud, uurides nafta- ja kivisöel põhinevate materjalide karboniseerumist. Bituumen on tõrvataoline aine, mis saadakse nafta (õli) kuumutamisel suure süsinikusisaldusega aineks. Pigimolekule venitades ja kõrgel temperatuuril töödeldes paigutatakse need ülikristallilisteks süsinikkiududeks. Pigipõhiste süsinikkiudude tulek andis ülikõrge mooduli (jäikuse) ja kõrge soojusjuhtivuse, mis kõik on vajalikud rakenduste jaoks, mis puutuvad kokku kõrgete temperatuuridega lennukis. Kuigi töötlemine on väga kulukas, leiavad Singeri pigipõhised süsinikkiud kasutust kõrge temperatuuriga rakendustes.

Vahepeal laiendas Jaapani teadlane Akio Shindo süsinikkiu uurimistööd Jaapanis, kasutades kõrge puhtusastmega naftapõhist polüakrüülnitriili (PAN). PAN, tänapäeval kõige levinum süsinikkiust lähteaine, tekitab kiu sees kõrge kristallilisuse taseme, kuid on sitkem kui kunagi varem pigi- või viskoossetel süsinikkiududel. Shindo PAN-i lähteprotsess on kvaliteetsete süsinikkiudude tootmisel ka kuluefektiivsem kui pigi- või viskooskiud.

siseneda peavoolu

1980ndatel ja 1990ndatel on nüüd selgelt tunnustatud globaalset perspektiivi lennunduse ja kosmoserakenduste osas valitsuselt kuni äriklientideni. See on toonud kaasa süsinikkiu valikute hüppelise kasvu nendes tööstusharudes. Selle põhjuseks on asjaolu, et õhusõiduki massi oluline vähenemine toob kaasa õhusõiduki ja isegi mootorikomponentide parema jõudluse ja kütusesäästlikkuse. Insenerid hakkasid töötama kergemate, tugevamate ja kiiremate kontseptsioonide kallal. Terasepõhistest sulamitest ja alumiiniumist valmistatud osade asendamiseks kavandatakse nüüd süsinikkiudmaterjali kasutades asendusosi. Süsinikkiud on aga raskesti töödeldav materjal võrreldes varem metallide valmistamisel tuntud lahutavate töötlemismeetoditega. Süsinikkiust tootmismeetodite õppimisele ja mõistmisele kulunud ajaga vähenes metallosade arv ja muutus igas uues disainis lennukis harvemaks. Tootmismeetodite arenedes areneb ka kiudude tootmine. Kõik see on toonud kaasa selle musta kulla vormi buumi, mis suurendab nõudlust.

Tänu oma täiustatud tootmis- ja töötlemisomadustele kasutatakse süsinikkiudu nüüd laialdaselt tööstusvaldkondades kogu maailmas. Suurema süsinikusisalduse pidev kasv, millest mõned on üle 90 protsendi, jagab suurema tugevuse eeliseid, olles samal ajal turu jaoks kuluefektiivsem. Tänu inseneri- ja protsessijuhtimise täiustamisele on süsinikkiu kulutegur oluliselt langenud. Süsinikkiu kasutamine on läinud kaugemale kosmoserakendustest ja on nüüd elujõuline lahendus paljudele tööstusharudele, sealhulgas motospordile, paadisõidule, spordikaupadele, ehitusele ja isegi mööblile. Viiskümmend aastat tagasi ei tulnud kellelgi pähe süsinikkiust kirjutuslaua omamine. Isegi nii palju toores süsinikkiu tootmine maksaks miljoneid dollareid. Tänapäeval piirdub süsinikkiu kasutamine ainult meie inimeste kujutlusvõimega.