Јаглеродните влакна, познати како крал на новите материјали во 21 век, се светол бисер во материјалите.Јаглеродни влакна (CF) се еден вид неоргански влакна со повеќе од 90% содржина на јаглерод.Органските влакна (влакна базирана на вискоза, влакна базирани на висина, полиакрилонитрил, итн.) се пиролизираат и карбонизираат на висока температура за да формираат јаглероден столб.
Како нова генерација на армирани влакна, јаглеродните влакна имаат одлични механички и хемиски својства.Не само што ги има вродените карактеристики на јаглеродните материјали, туку има и мекост и обработливост на текстилните влакна.Затоа, широко се користи во воздушната, енергетската опрема, транспортот, спортските и рекреативните полиња
Мала тежина: како стратешки нов материјал со одлични перформанси, густината на јаглеродните влакна е речиси иста како онаа на магнезиумот и берилиумот, помалку од 1/4 од челикот.Користењето на композит од јаглеродни влакна како структурен материјал може да ја намали структурната тежина за 30% - 40%.
Висока јачина и висок модул: специфичната јачина на јаглеродните влакна е 5 пати поголема од онаа на челикот и 4 пати повисока од онаа на алуминиумската легура;Специфичниот модул е 1,3-12,3 пати од другите структурни материјали.
Мал коефициент на експанзија: коефициентот на термичка експанзија на повеќето јаглеродни влакна е негативен на собна температура, 0 на 200-400 ℃ и само 1,5 на помалку од 1000 ℃ × 10-6 / K, не е лесно да се прошири и деформира поради високата работа температура.
Добра хемиска отпорност на корозија: јаглеродните влакна имаат висока содржина на чист јаглерод, а јаглеродот е еден од најстабилните хемиски елементи, што резултира со неговите многу стабилни перформанси во кисела и алкална средина, што може да се направи во сите видови хемиски производи против корозија.
Силна отпорност на замор: структурата на јаглеродните влакна е стабилна.Според статистиката на полимерната мрежа, по милиони циклуси на тест за замор на стрес, стапката на задржување на јачината на композитот е сè уште 60%, додека онаа на челикот е 40%, алуминиумот е 30%, а пластиката засилена со стаклени влакна е само 20 % – 25%.
Композитот од јаглеродни влакна е повторно зајакнување на јаглеродни влакна.Иако јаглеродните влакна може да се користат сами и да играат одредена функција, сепак тоа е кршлив материјал.Само кога ќе се комбинира со материјалот од матрицата за да се формира композит од јаглеродни влакна, може да им даде подобра игра на неговите механички својства и да носи повеќе товари.
Јаглеродните влакна може да се класифицираат според различни димензии како што се типот на претходник, методот на производство и перформансите
Според типот на претходник: полиакрилонитрил (Пан), базиран на висина (изотропен, мезофазен);Основа од вискоза (целулозна основа, вискоза).Меѓу нив, јаглеродните влакна базирани на полиакрилонитрил (Пан) ја заземаат главната позиција, а неговиот излез сочинува повеќе од 90% од вкупните јаглеродни влакна, додека јаглеродните влакна базирани на вискоза сочинуваат помалку од 1%.
Според условите и методите на производство: јаглеродни влакна (800-1600 ℃), графитни влакна (2000-3000 ℃), активен јаглен, јаглеродни влакна одгледувани на пареа.
Според механичките својства, може да се подели на општ тип и тип со високи перформанси: јачината на јаглеродните влакна од општ тип е околу 1000 MPa, а модулот е околу 100 GPa;Типот со високи перформанси може да се подели на тип со висока јачина (јачина 2000mPa, модул 250gpa) и висок модел (модул 300gpa или повеќе), меѓу кои јачината поголема од 4000mpa се нарекува и тип со ултра висока јачина, а модулот поголем од 450gpa е наречен ултра-висок модел.
Според големината на влечењето, може да се подели на мало влечење и големо влечење: малите карбонски влакна се главно 1K, 3K и 6K во почетната фаза, а постепено се развиваат во 12K и 24K, кои главно се користат во воздушната, спортот. и полиња за одмор.Јаглеродните влакна над 48K обично се нарекуваат големи јаглеродни влакна за влечење, вклучувајќи 48K, 60K, 80K итн., кои главно се користат во индустриските полиња.
Јачината на истегнување и модулот на истегнување се два главни индекси за оценување на својствата на јаглеродните влакна.Врз основа на ова, Кина го објави националниот стандард за јаглеродни влакна базирани на PAN (GB / t26752-2011) во 2011 година. како референца.
1.2 високите бариери носат висока додадена вредност.Подобрувањето на процесот и реализацијата на масовното производство може значително да ги намали трошоците и да ја зголеми ефикасноста
1.2.1 техничката бариера на индустријата е висока, производството на претходници е јадрото, а карбонизацијата и оксидацијата се клучот
Процесот на производство на јаглеродни влакна е сложен, што бара висока опрема и технологија.Контролата на прецизноста, температурата и времето на секоја врска во голема мера ќе влијае на квалитетот на финалниот производ.Јаглеродните влакна од полиакрилонитрил станаа најшироко користените и највисоките јаглеродни влакна во моментов поради неговиот релативно едноставен процес на подготовка, ниската цена на производството и практичното отстранување на три отпади.Главната суровина пропан може да се направи од сурова нафта, а синџирот на индустријата за јаглеродни влакна PAN вклучува целосен производствен процес од примарна енергија до терминална примена.
Откако пропанот беше подготвен од сурова нафта, пропилен беше добиен со селективна каталитичка дехидрогенизација (PDH) на пропан;
Акрилонитрилот е добиен со амоксидација на пропилен.Претходник на полиакрилонитрил (Пан) е добиен со полимеризација и предење на акрилонитрил;
Полиакрилонитрилот е претходно оксидиран, карбонизиран на ниска и висока температура за да се добијат јаглеродни влакна, кои може да се направат во ткаенина од јаглеродни влакна и препрег од јаглеродни влакна за производство на композити од јаглеродни влакна;
Јаглеродните влакна се комбинираат со смола, керамика и други материјали за да се формираат композити од јаглеродни влакна.Конечно, финалните производи за надолни апликации се добиваат со различни процеси на обликување;
Квалитетот и нивото на изведба на претходникот директно ја одредуваат конечната изведба на јаглеродните влакна.Затоа, подобрувањето на квалитетот на растворот за вртење и оптимизирањето на факторите на формирање прекурсори стануваат клучни точки за подготовка на висококвалитетни јаглеродни влакна.
Според „Истражување за процесот на производство на претходник на јаглеродни влакна базирани на полиакрилонитрил“, процесот на предење главно вклучува три категории: влажно предење, суво предење и суво влажно предење.Во моментов, влажното предење и сувото влажно предење главно се користат за производство на претходник на полиакрилонитрил дома и во странство, меѓу кои најшироко се користи влажното предење.
Влажното предење најпрво го истиснува растворот за вртење од дупката за центрифугирање, а растворот за предење влегува во коагулационата бања во форма на мал проток.Механизмот на центрифугирање на растворот за вртење на полиакрилонитрил е дека постои голем јаз помеѓу концентрацијата на DMSO во растворот за центрифугирање и бањата за коагулација, а исто така постои и голем јаз помеѓу концентрацијата на вода во коагулационата бања и растворот на полиакрилонитрил.Под интеракцијата на горенаведените две концентрациони разлики, течноста почнува да дифузира во две насоки и на крајот се кондензира во филаменти преку пренос на маса, пренос на топлина, движење на фазна рамнотежа и други процеси.
Во производството на прекурсори, преостанатата количина на DMSO, големината на влакната, јачината на монофиламентот, модулот, издолжувањето, содржината на маслото и собирањето на вода што врие стануваат клучни фактори кои влијаат на квалитетот на претходникот.Земајќи ја преостанатата количина на DMSO како пример, таа има влијание врз очигледните својства на прекурсорот, состојбата на напречниот пресек и вредноста на CV на финалниот производ од јаглеродни влакна.Колку е помала преостанатата количина на DMSO, толку е поголема ефикасноста на производот.Во производството, DMSO главно се отстранува со миење, па како да се контролира температурата на перењето, времето, количината на осолената вода и количината на циклусот на перење станува важна врска.
Висококвалитетниот полиакрилонитрилен прекурсор треба да ги има следните карактеристики: висока густина, висока кристалинност, соодветна цврстина, кружен пресек, помалку физички дефекти, мазна површина и униформа и густа структура на јадрото на кожата.
Температурната контрола на карбонизацијата и оксидацијата е клучот.Карбонизацијата и оксидацијата е суштински чекор во производството на финални производи од јаглеродни влакна од претходник.Во овој чекор, точноста и опсегот на температурата треба точно да се контролираат, инаку, цврстината на истегнување на производите од јаглеродни влакна ќе биде значително засегната, па дури и ќе доведе до кинење на жицата
Преоксидација (200-300 ℃): во процесот на преоксидација, прекурсорот PAN полека и благо се оксидира со примена на одредена напнатост во оксидирачката атмосфера, формирајќи голем број прстенести структури врз основа на прав синџир на тавата, така што постигне целта да издржи третман со повисока температура.
Карбонизација (максимална температура не пониска од 1000 ℃): процесот на карбонизација треба да се изврши во инертна атмосфера.Во раната фаза на карбонизација, синџирот на тавата се прекинува и започнува реакцијата на вкрстено поврзување;Со зголемувањето на температурата, реакцијата на термичко распаѓање започнува да ослободува голем број гасови од мали молекули, а почнува да се формира графитната структура;Кога температурата дополнително се зголеми, содржината на јаглерод брзо се зголеми и јаглеродните влакна почнаа да се формираат.
Графитизација (температура на третман над 2000 ℃): графитизацијата не е неопходен процес за производство на јаглеродни влакна, туку изборен процес.Доколку се очекува висок модул на еластичност на јаглеродни влакна, потребна е графитизација;Ако се очекува висока јачина на јаглеродни влакна, графитизацијата не е потребна.Во процесот на графитизација, високата температура прави влакната да формираат развиена структура на графитна мрежа, а структурата се интегрира со цртање за да се добие финалниот производ.
Високите технички бариери ги обдаруваат низводните производи со висока додадена вредност, а цената на авијациските композити е 200 пати повисока од онаа на сировата свила.Поради високата тешкотија при подготовката на јаглеродни влакна и сложениот процес, колку повеќе производите низводно, толку е поголема додадената вредност.Особено за висококвалитетните композити од јаглеродни влакна што се користат во воздушната област, бидејќи клиентите низводно имаат многу строги барања за неговата сигурност и стабилност, цената на производот покажува и геометриски повеќекратен раст во споредба со обичните јаглеродни влакна.
Време на објавување: 22 јули 2021 година