Diep ontleding van koolstofvesel industrie: hoë groei, wye spasie van nuwe materiale en hoë kwaliteit baan

Koolstofvesel, bekend as die koning van nuwe materiale in die 21ste eeu, is 'n helder pêrel in materiale.Koolstofvesel (CF) is 'n soort anorganiese vesel met meer as 90% koolstofinhoud.Organiese vesels (viskose-gebaseerde, pik-gebaseerde, poliakrielonitril-gebaseerde vesels, ens.) word gepiroliseer en teen hoë temperatuur verkool om koolstofruggraat te vorm.

As 'n nuwe generasie van versterkte vesel, het koolstofvesel uitstekende meganiese en chemiese eienskappe.Dit het nie net die inherente eienskappe van koolstofmateriale nie, maar het ook die sagtheid en verwerkbaarheid van tekstielvesel.Daarom word dit wyd gebruik in lugvaart, energietoerusting, vervoer, sport en ontspanningsvelde

Ligte gewig: as 'n strategiese nuwe materiaal met uitstekende werkverrigting, is die digtheid van koolstofvesel amper dieselfde as dié van magnesium en berillium, minder as 1/4 van dié van staal.Die gebruik van saamgestelde koolstofvesel as strukturele materiaal kan die strukturele gewig met 30% – 40% verminder.

Hoë sterkte en hoë modulus: die spesifieke sterkte van koolstofvesel is 5 keer hoër as dié van staal en 4 keer hoër as dié van aluminiumlegering;Die spesifieke modulus is 1,3-12,3 keer van ander strukturele materiale.

Klein uitsettingskoëffisiënt: die termiese uitsettingskoëffisiënt van die meeste koolstofvesels is negatief by kamertemperatuur, 0 by 200-400 ℃, en slegs 1,5 by minder as 1000 ℃ × 10-6 / K, nie maklik om uit te brei en te vervorm nie as gevolg van hoë werking temperatuur.

Goeie chemiese korrosiebestandheid: koolstofvesel het 'n hoë suiwer koolstofinhoud, en koolstof is een van die mees stabiele chemiese elemente, wat lei tot sy baie stabiele werkverrigting in suur- en alkaliomgewing, wat in allerhande chemiese anti-roesprodukte gemaak kan word.

Sterk weerstand teen moegheid: die struktuur van koolstofvesel is stabiel.Volgens die statistieke van polimeernetwerk, na miljoene siklusse van spanningsmoegheidstoets, is die sterktebehoudkoers van die saamgestelde steeds 60%, terwyl dié van staal 40% is, aluminium 30% is, en glasveselversterkte plastiek slegs 20 % – 25%.

Koolstofvesel saamgestelde is die herversterking van koolstofvesel.Alhoewel koolstofvesel alleen gebruik kan word en 'n spesifieke funksie speel, is dit tog 'n bros materiaal.Slegs wanneer dit met die matriksmateriaal gekombineer word om koolstofvesel-samestelling te vorm, kan dit beter speel aan sy meganiese eienskappe gee en meer vragte dra.

Koolstofvesels kan geklassifiseer word volgens verskillende dimensies soos voorlopertipe, vervaardigingsmetode en werkverrigting

Volgens die tipe voorloper: poliakrielonitril (Pan) gebaseer, pik gebaseer (isotropies, mesofase);Viskose basis (sellulose basis, rayon basis).Onder hulle beklee poliakrielonitril (Pan)-gebaseerde koolstofvesel die hoofstroomposisie, en die uitset daarvan maak meer as 90% van die totale koolstofvesel uit, terwyl viskose-gebaseerde koolstofvesel verantwoordelik is vir minder as 1%.

Volgens die vervaardigingstoestande en -metodes: koolstofvesel (800-1600 ℃), grafietvesel (2000-3000 ℃), geaktiveerde koolstofvesel, dampgegroeide koolstofvesel.

Volgens die meganiese eienskappe kan dit verdeel word in algemene tipe en hoë-prestasie tipe: die sterkte van algemene tipe koolstofvesel is ongeveer 1000MPa, en die modulus is ongeveer 100GPa;Hoë werkverrigting tipe kan verdeel word in hoë sterkte tipe (sterkte 2000mPa, modulus 250gpa) en hoë model (modulus 300gpa of meer), waaronder die sterkte groter as 4000mpa word ook genoem ultra-hoë sterkte tipe, en die modulus groter as 450gpa is ultrahoë model genoem.

Volgens die grootte van sleep, kan dit verdeel word in klein sleep en groot sleep: klein sleep koolstofvesel is hoofsaaklik 1K, 3K en 6K in die aanvanklike stadium, en geleidelik ontwikkel in 12K en 24K, wat hoofsaaklik gebruik word in lugvaart, sport en ontspanningsvelde.Koolstofvesels bo 48K word gewoonlik groot tou-koolstofvesels genoem, insluitend 48K, 60K, 80K, ens., wat hoofsaaklik in industriële gebiede gebruik word.

Treksterkte en trekmodulus is twee hoofindekse om die eienskappe van koolstofvesel te evalueer.Op grond hiervan het China die nasionale standaard vir PAN-gebaseerde koolstofvesel (GB / t26752-2011) in 2011 afgekondig. Terselfdertyd, as gevolg van Toray se absolute voorste voordeel in die globale koolstofveselbedryf, neem die meeste plaaslike vervaardigers ook Toray se klassifikasiestandaard aan as verwysing.

1.2 hoë hindernisse bring hoë toegevoegde waarde.Die verbetering van die proses en die verwesenliking van massaproduksie kan koste aansienlik verminder en doeltreffendheid verhoog

1.2.1 die tegniese hindernis van die industrie is hoog, die voorloperproduksie is die kern, en die karbonisasie en oksidasie is die sleutel

Die produksieproses van koolstofvesel is kompleks, wat hoë toerusting en tegnologie vereis.Die beheer van presisie, temperatuur en tyd van elke skakel sal die kwaliteit van die finale produk grootliks beïnvloed.Poliakrielonitril-koolstofvesel het tans die mees gebruikte en die hoogste uitset koolstofvesel geword vanweë die relatief eenvoudige voorbereidingsproses, lae produksiekoste en gerieflike wegdoening van drie afvalstowwe.Die hoof rou materiaal propaan kan gemaak word van ru-olie, en die PAN koolstofvesel industrie ketting sluit 'n volledige vervaardigingsproses van primêre energie tot terminale toepassing.

Nadat propaan uit ru-olie berei is, is propileen verkry deur selektiewe katalitiese dehidrogenering (PDH) van propaan;

Akrielnitriel is verkry deur ammoksidasie van propileen.Poliakrielonitril (Pan) voorloper is verkry deur polimerisasie en spin van akrilonitril;

Poliakrielonitril word vooraf geoksideer, teen lae en hoë temperatuur verkool om koolstofvesel te verkry, wat in koolstofveselstof en koolstofveselprepreg gemaak kan word vir die vervaardiging van koolstofveselsamestellings;

Koolstofvesel word gekombineer met hars, keramiek en ander materiale om saamgestelde koolstofvesel te vorm.Laastens word die finale produkte vir stroomaf toepassings verkry deur verskeie gietprosesse;

Die kwaliteit en prestasievlak van voorloper bepaal direk die finale prestasie van koolstofvesel.Daarom word die verbetering van die kwaliteit van die spinoplossing en die optimalisering van die faktore van voorlopervorming die sleutelpunte van die voorbereiding van hoë kwaliteit koolstofvesel.

Volgens "Navorsing oor die produksieproses van poliakrielonitril-gebaseerde koolstofveselvoorloper", sluit spinproses hoofsaaklik drie kategorieë in: natspin, droëspin en droë natspin.Tans word natspin en droë natspin hoofsaaklik gebruik om poliakrielonitrielvoorloper by die huis en in die buiteland te vervaardig, waaronder natspin die algemeenste gebruik word.

Nat spin ekstrudeer eers die spinoplossing uit die spindopgat, en die spinoplossing gaan in die stollingsbad in die vorm van klein vloei.Die spinmeganisme van poliakrielonitril-spinoplossing is dat daar 'n groot gaping is tussen die konsentrasie van DMSO in spinoplossing en stollingsbad, en daar is ook 'n groot gaping tussen die konsentrasie water in stollingsbad en poliakrilonitrieloplossing.Onder die interaksie van bogenoemde twee konsentrasieverskille begin die vloeistof in twee rigtings diffundeer, en kondenseer uiteindelik in filamente deur massa-oordrag, hitte-oordrag, fase-ewewigbeweging en ander prosesse.

In die produksie van voorloper word die oorblywende hoeveelheid DMSO, veselgrootte, monofilamentsterkte, modulus, verlenging, olie-inhoud en kookwaterkrimping die sleutelfaktore wat die kwaliteit van voorloper beïnvloed.Neem die oorblywende hoeveelheid DMSO as 'n voorbeeld, dit het 'n invloed op die oënskynlike eienskappe van voorloper, deursnittoestand en CV-waarde van die finale koolstofveselproduk.Hoe laer die oorblywende hoeveelheid DMSO, hoe hoër is die werkverrigting van die produk.In produksie word DMSO hoofsaaklik verwyder deur te was, so hoe om die wastemperatuur, tyd, die hoeveelheid ontsoute water en die hoeveelheid wassiklus te beheer word 'n belangrike skakel.

Hoë kwaliteit poliakrielonitrielvoorloper moet die volgende eienskappe hê: hoë digtheid, hoë kristalliniteit, toepaslike sterkte, sirkelvormige deursnit, minder fisiese defekte, gladde oppervlak en eenvormige en digte velkernstruktuur.

Temperatuurbeheer van karbonisasie en oksidasie is die sleutel.Karbonisering en oksidasie is 'n noodsaaklike stap in die vervaardiging van koolstofvesel finale produkte vanaf voorloper.In hierdie stap moet die akkuraatheid en temperatuurreeks akkuraat beheer word, anders sal die treksterkte van koolstofveselprodukte aansienlik beïnvloed word, en selfs lei tot draadbreek

Vooroksidasie (200-300 ℃): in die vooroksidasieproses word die PAN-voorloper stadig en sag geoksideer deur 'n sekere spanning in die oksiderende atmosfeer toe te pas, wat 'n groot aantal ringstrukture vorm op grond van die pan reguit ketting, om sodoende bereik die doel om hoër temperatuurbehandeling te weerstaan.

Karbonisering (maksimum temperatuur nie laer as 1000 ℃): karbonisasieproses moet in 'n inerte atmosfeer uitgevoer word.In die vroeë stadium van karbonisasie breek die panketting en die kruisbindingsreaksie begin;Met die toename in temperatuur begin die termiese ontbindingsreaksie 'n groot aantal klein molekule gasse vrystel, en die grafietstruktuur begin vorm;Toe die temperatuur verder toegeneem het, het die koolstofinhoud vinnig toegeneem en het die koolstofvesel begin vorm.

Grafitisering (behandelingstemperatuur bo 2000 ℃): grafitisering is nie 'n noodsaaklike proses vir koolstofveselproduksie nie, maar 'n opsionele proses.As hoë elastisiteitsmodulus van koolstofvesel verwag word, is grafitisering nodig;As hoë sterkte van koolstofvesel verwag word, is grafitisering nie nodig nie.In die grafitiseringsproses maak hoë temperatuur die vesel 'n ontwikkelde grafietmaasstruktuur, en die struktuur word geïntegreer deur te teken om die finale produk te kry.

Hoë tegniese hindernisse gee die stroomaf-produkte hoë toegevoegde waarde, en die prys van lugvaart-komposiete is 200 keer hoër as dié van rou sy.As gevolg van die hoë moeilikheidsgraad van koolstofveselvoorbereiding en komplekse proses, hoe meer stroomaf die produkte, hoe hoër is die toegevoegde waarde.Veral vir die hoë-end koolstofvesel-samestellings wat in die lugvaartveld gebruik word, omdat die stroomaf-kliënte baie streng vereistes het vir die betroubaarheid en stabiliteit daarvan, toon die produkprys ook 'n geometriese meervoudige groei in vergelyking met die gewone koolstofvesel.


Postyd: 22 Julie 2021