Produk serat karbon tersebar luas dalam kehidupan kita. Serat karbon merupakan bahan yang baik untuk membuat berbagai kebutuhan sehari-hari. Jadi, apa itu serat karbon? Apa karakteristik serat karbon? Apa kelebihan serat karbon dibandingkan bahan biasa lainnya?
Sebenarnya serat karbon ada banyak jenisnya. Lantas, apa saja kategori serat karbon? Apa kelebihan dan karakteristik berbagai kategori?
Apa itu serat karbon?
Serat karbon (disingkat CF) adalah jenis bahan serat baru dengan kekuatan tinggi dan serat modulus tinggi dengan kandungan karbon lebih dari 95%. Ini adalah bahan grafit mikrokristalin yang diperoleh dengan mengkarbonisasi dan menggrafitisasi serat organik seperti mikrokristal grafit serpihan yang ditumpuk sepanjang arah aksial serat. Serat karbon adalah "bagian luar yang lembut dan bagian dalam yang keras". Ini lebih ringan dari logam aluminium, tetapi kekuatannya lebih tinggi dari baja. Ia memiliki karakteristik ketahanan korosi dan modulus tinggi. Ini adalah bahan penting dalam pertahanan nasional, industri militer dan penggunaan sipil. Ia tidak hanya memiliki karakteristik intrinsik yang melekat pada bahan karbon, tetapi juga memiliki kelembutan dan kemampuan proses seperti serat tekstil. Ini adalah generasi baru serat penguat.
Serat karbon memiliki banyak sifat unggul. Serat karbon memiliki kekuatan aksial dan modulus yang tinggi, kepadatan rendah, kinerja spesifik tinggi, tidak mulur, ketahanan suhu ultra-tinggi di lingkungan non-pengoksidasi, ketahanan lelah yang baik, panas spesifik dan konduktivitas antara non-logam dan logam, koefisien muai panas dan anisotropi yang kecil, ketahanan terhadap korosi yang baik, dan transmitansi sinar X-yang baik. Konduktivitas listrik dan termal yang baik, pelindung elektromagnetik yang baik, dll. Dibandingkan dengan serat kaca tradisional, serat karbon memiliki modulus Young lebih dari 3 kali lipat dari serat kaca tradisional, dan dibandingkan dengan serat Kevlar, modulus Young-nya sekitar 2 kali lipat dari serat kaca tradisional. Bahan ini tidak larut dan tidak{10}}bengkak dalam pelarut organik, asam, dan basa, serta memiliki ketahanan terhadap korosi yang luar biasa. Apa saja kategori serat karbon? Serat karbon dapat dibedakan menjadi serat karbon berbahan dasar poliakrilonitril, serat karbon berbahan dasar serat karbon 1K-serat karbon berbahan aspal tabung-, serat karbon berbahan dasar viscose-, serat karbon berbahan dasar fenolik-, dan serat karbon yang ditumbuhkan uap-sesuai dengan sumber bahan bakunya. Serat ini dapat dibagi menjadi serat karbon-tujuan umum,-kekuatan-tinggi,-modulus tinggi-kekuatan, model-tinggi, dan model ultra-tinggi-serat karbon sesuai dengan kinerjanya, dan dibagi menjadi serat filamen, serat pendek, dan serat{27}}potong pendek menurut kondisinya. Berdasarkan sifat mekaniknya, jenis ini dapat dibagi menjadi jenis{29}}tujuan umum dan performa{30}}tinggi. Kekuatan serat karbon untuk keperluan umum adalah 1000 MPa dan modulusnya sekitar 100 GPa. Serat karbon berperforma tinggi dibagi menjadi tipe berkekuatan tinggi (kekuatan 2000 MPa, modulus 250 GPa) dan tipe tinggi (modulus 300 GPa atau lebih). Kekuatan yang lebih besar dari 4000 MPa juga disebut tipe kekuatan ultra{43}tinggi; modulus yang lebih besar dari 450 GPa disebut model ultra-tinggi.
Dengan berkembangnya industri dirgantara dan penerbangan, serat karbon-berkekuatan tinggi dan-berkekuatan tinggi juga bermunculan, dengan perpanjangan lebih dari 2%. Yang paling banyak digunakan adalah serat karbon berbahan dasar poliakrilonitril PAN-.
Lebih dari 90% serat karbon di pasaran sebagian besar merupakan serat karbon berbasis PAN-.
Karena selubung misterius serat karbon belum terungkap sepenuhnya, manusia tidak dapat langsung menggunakan karbon atau grafit untuk membuatnya. Mereka hanya dapat menggunakan beberapa karbon-yang mengandung serat organik (seperti nilon, akrilik, rayon, dll.) sebagai bahan mentah, dan menggabungkan serat organik dengan resin plastik untuk mengkarbonisasi dan membuat serat karbon.
Serat karbon berbasis PAN-
Proses produksi serat karbon berbasis PAN-terutama mencakup dua proses: produksi prekursor dan karbonisasi prekursor: pertama, melalui serangkaian proses seperti polimerisasi dan pemintalan akrilonitril, diproses menjadi serat poliakrilonitril atau prekursor yang disebut "induk", dan prekursor ini ditempatkan dalam tungku oksidasi untuk oksidasi pada suhu 200 hingga 300 derajat C, dan kemudian dalam tungku karbonisasi, karbonisasi dan proses lainnya dilakukan pada suhu 1000 hingga 2000 derajat C untuk membuat serat karbon.
Serat karbon berbasis aspal-
Amerika Serikat menemukan aspal mesofasa logam dasar yang mengandung aspal tekstil-yang berbahan dasar serat karbon. Setelah prekursor distabilkan dan dikarbonisasi, kekuatan tarik serat karbon adalah 3,5G Pa dan modulusnya adalah 252G Pa; Perancis telah mengembangkan serat karbon berbasis aspal mesofasa yang tahan panas dan sangat konduktif, dan Polandia telah mengembangkan metode baru untuk serat karbon berlapis logam. Misalnya, serat karbon berbahan dasar-aspal berlapis-tembaga dibuat dengan metode pencampuran. Pertama, garam tembaga dicampur dengan tar batubara isotropik, dilakukan pemintalan sentrifugal, distabilkan di udara, dan diolah dalam hidrogen bersuhu tinggi untuk mendapatkan paduan serat karbon tembaga. Kapasitas produksi serat karbon berbasis aspal di dunia relatif kecil. Penelitian dan pengembangan serat karbon berbasis aspal di dalam negeri telah dimulai lebih awal, namun terdapat kesenjangan besar dalam pengembangan, produksi, dan penerapannya dibandingkan dengan luar negeri.
Serat karbon dibagi menjadi dua kategori menurut spesifikasi produk yang berbeda: kelas kedirgantaraan dan kelas industri, juga dikenal sebagai derek kecil dan derek besar. Serat karbon di atas 48K biasa disebut serat karbon derek besar, termasuk 360K dan 480K. Serat karbon kelas-kedirgantaraan pada tahap awal sebagian besar berukuran 3K, dan secara bertahap dikembangkan menjadi 12K dan 24K. Hal ini terutama digunakan dalam industri pertahanan dan militer nasional dan teknologi tinggi, serta produk olahraga dan rekreasi, seperti pesawat terbang, rudal, roket, satelit, pancing, tongkat dan raket. Serat karbon kelas industri digunakan di berbagai industri sipil, termasuk: tekstil, obat-obatan dan kesehatan, elektromekanis, teknik sipil, transportasi dan energi.
,
