Analizë e thellë e industrisë së fibrave të karbonit: rritje e lartë, hapësirë ​​e gjerë materialesh të reja dhe pista me cilësi të lartë

Fibra e karbonit, e njohur si mbreti i materialeve të reja në shekullin e 21-të, është një perlë e ndritshme në materiale.Fibra e karbonit (CF) është një lloj fibër inorganike me më shumë se 90% përmbajtje karboni.Fijet organike (fibrat me bazë viskoze, me bazë katrani, fibra me bazë poliakrilonitrili, etj.) pirolizohen dhe karbonizohen në temperaturë të lartë për të formuar shtyllën kurrizore të karbonit.

Si një gjeneratë e re e fibrave të përforcuara, fibra karboni ka veti të shkëlqyera mekanike dhe kimike.Ai jo vetëm që ka karakteristikat e qenësishme të materialeve të karbonit, por gjithashtu ka butësinë dhe përpunueshmërinë e fibrave tekstile.Prandaj, përdoret gjerësisht në hapësirën ajrore, pajisjet e energjisë, transportin, sportet dhe fushat e kohës së lirë

Pesha e lehtë: si një material i ri strategjik me performancë të shkëlqyer, dendësia e fibrës së karbonit është pothuajse e njëjtë me atë të magnezit dhe beriliumit, më pak se 1/4 e asaj të çelikut.Përdorimi i përbërjes së fibrave të karbonit si material strukturor mund të zvogëlojë peshën strukturore me 30% - 40%.

Fortësi e lartë dhe modul i lartë: forca specifike e fibrës së karbonit është 5 herë më e lartë se ajo e çelikut dhe 4 herë më e lartë se ajo e aliazhit të aluminit;Moduli specifik është 1.3-12.3 herë i materialeve të tjera strukturore.

Koeficienti i vogël i zgjerimit: koeficienti i zgjerimit termik i shumicës së fibrave të karbonit është negativ në temperaturën e dhomës, 0 në 200-400 ℃, dhe vetëm 1,5 në më pak se 1000 ℃ × 10-6 / K, jo i lehtë për t'u zgjeruar dhe deformuar për shkak të punës së lartë temperatura.

Rezistencë e mirë ndaj korrozionit kimik: fibra karboni ka përmbajtje të lartë të karbonit të pastër dhe karboni është një nga elementët kimikë më të qëndrueshëm, duke rezultuar në performancën e tij shumë të qëndrueshme në mjedisin acid dhe alkalik, i cili mund të bëhet në të gjitha llojet e produkteve kimike kundër korrozionit.

Rezistencë e fortë ndaj lodhjes: struktura e fibrës së karbonit është e qëndrueshme.Sipas statistikave të rrjetit polimer, pas miliona cikleve të testit të lodhjes nga stresi, shkalla e mbajtjes së forcës së përbërjes është ende 60%, ndërsa ajo e çelikut është 40%, alumini është 30%, dhe plastika e përforcuar me fibra xhami është vetëm 20%. % – 25%.

Përbërja e fibrave të karbonit është riforcimi i fibrës së karbonit.Megjithëse fibra karboni mund të përdoret vetëm dhe të luajë një funksion specifik, në fund të fundit është një material i brishtë.Vetëm kur kombinohet me materialin e matricës për të formuar përbërjen e fibrave të karbonit, ai mund t'i japë lojë më të mirë vetive të tij mekanike dhe të mbajë më shumë ngarkesa.

Fibrat e karbonit mund të klasifikohen sipas dimensioneve të ndryshme si lloji i pararendësit, metoda e prodhimit dhe performanca

Sipas llojit të prekursorit: me bazë poliakrilonitrili (Pan), me bazë katrani (izotropik, mezofaz);Baza viskoze (bazë celuloze, bazë fije artificiale).Midis tyre, fibra karboni me bazë poliakrilonitrili (Pan) zë pozicionin kryesor dhe prodhimi i tij përbën më shumë se 90% të fibrës totale të karbonit, ndërsa fibra karboni me bazë viskozë zë më pak se 1%.

Sipas kushteve dhe metodave të prodhimit: fibër karboni (800-1600 ℃), fibër grafiti (2000-3000 ℃), fibër karboni aktiv, fibër karboni të rritur me avull.

Sipas vetive mekanike, mund të ndahet në tip të përgjithshëm dhe tip me performancë të lartë: forca e fibrave të karbonit të tipit të përgjithshëm është rreth 1000MPa, dhe moduli është rreth 100GPa;Lloji i performancës së lartë mund të ndahet në llojin e forcës së lartë (forca 2000 mPa, moduli 250 gpa) dhe modeli i lartë (moduli 300 gpa ose më shumë), ndër të cilët forca më e madhe se 4000 mpa quhet gjithashtu lloji me forcë ultra të lartë, dhe moduli më i madh se 450 gpa është quajtur model ultra-high.

Sipas madhësisë së tërheqjes, mund të ndahet në tërheqje të vogël dhe tërheqëse të madhe: fibra karboni tërheqëse e vogël është kryesisht 1K, 3K dhe 6K në fazën fillestare, dhe gradualisht zhvillohet në 12K dhe 24K, e cila përdoret kryesisht në hapësirën ajrore, sportive. dhe fushat e kohës së lirë.Fijet e karbonit mbi 48K quhen zakonisht fibra të mëdha karboni tërheqëse, duke përfshirë 48K, 60K, 80K, etj., të cilat përdoren kryesisht në fushat industriale.

Forca në tërheqje dhe moduli i tërheqjes janë dy indekset kryesore për të vlerësuar vetitë e fibrës së karbonit.Bazuar në këtë, Kina shpalli standardin kombëtar për fibra karboni me bazë PAN (GB / t26752-2011) në 2011. Në të njëjtën kohë, për shkak të avantazhit absolut kryesor të Toray në industrinë globale të fibrave të karbonit, shumica e prodhuesve vendas miratojnë gjithashtu standardin e klasifikimit të Toray si referencë.

1.2 Barrierat e larta sjellin vlerë të lartë të shtuar.Përmirësimi i procesit dhe realizimi i prodhimit masiv mund të ulë ndjeshëm koston dhe të rrisë efikasitetin

1.2.1 pengesa teknike e industrisë është e lartë, prodhimi pararendës është thelbi dhe karbonizimi dhe oksidimi janë çelësi

Procesi i prodhimit të fibrave të karbonit është kompleks, i cili kërkon pajisje dhe teknologji të lartë.Kontrolli i saktësisë, temperaturës dhe kohës së çdo lidhjeje do të ndikojë shumë në cilësinë e produktit përfundimtar.Fibra karboni poliakrilonitrile është bërë fibra e karbonit më e përdorur dhe më e lartë për momentin për shkak të procesit të përgatitjes relativisht të thjeshtë, kostos së ulët të prodhimit dhe largimit të përshtatshëm të tre mbetjeve.Lënda e parë kryesore e propanit mund të bëhet nga nafta e papërpunuar dhe zinxhiri i industrisë së fibrave karboni PAN përfshin një proces të plotë prodhimi nga energjia primare në aplikimin terminal.

Pasi propani u përgatit nga nafta bruto, propyleni u përftua me dehidrogjenim katalitik selektiv (PDH) të propanit;

Akrilonitrili është marrë nga amoksidimi i propilenit.Pararendësi i poliakrilonitrilit (Pan) është marrë nga polimerizimi dhe tjerrja e akrilonitrilit;

Polyakrilonitrili paraoksidohet, karbonizohet në temperaturë të ulët dhe të lartë për të marrë fibër karboni, e cila mund të bëhet në pëlhurë me fibër karboni dhe prepreg fibër karboni për prodhimin e përbërjeve të fibrave të karbonit;

Fibra karboni kombinohet me rrëshirë, qeramikë dhe materiale të tjera për të formuar kompozita të fibrave të karbonit.Së fundi, produktet përfundimtare për aplikime në rrjedhën e poshtme përftohen nga procese të ndryshme formimi;

Cilësia dhe niveli i performancës së pararendësit përcaktojnë drejtpërdrejt performancën përfundimtare të fibrës së karbonit.Prandaj, përmirësimi i cilësisë së solucionit rrotullues dhe optimizimi i faktorëve të formimit të pararendësit bëhen pikat kyçe të përgatitjes së fibrave të karbonit me cilësi të lartë.

Sipas “Kërkimeve mbi procesin e prodhimit të pararendësit të fibrave të karbonit me bazë poliakrilonitrili”, procesi i tjerrjes përfshin kryesisht tre kategori: tjerrje e lagësht, tjerrje e thatë dhe tjerrje e thatë e lagësht.Aktualisht, tjerrja e lagësht dhe tjerrja e lagësht e thatë përdoren kryesisht për të prodhuar pararendësin e poliakrilonitrilit brenda dhe jashtë vendit, ndër të cilët tjerrja e lagësht është më e përdorura.

Tjerrja e lagësht së pari nxjerr tretësirën tjerrëse nga vrima tjerrëse, dhe tretësira rrotulluese hyn në banjën e koagulimit në formën e një rrjedhjeje të vogël.Mekanizmi i tjerrjes së tretësirës tjerrëse të poliakrilonitrilit është se ekziston një hendek i madh midis përqendrimit të DMSO në solucionin rrotullues dhe banjës së koagulimit, dhe gjithashtu ekziston një hendek i madh midis përqendrimit të ujit në banjën e koagulimit dhe tretësirës poliakrilonitrile.Nën ndërveprimin e dy dallimeve të përqendrimeve të mësipërme, lëngu fillon të shpërndahet në dy drejtime dhe më në fund kondensohet në filamente përmes transferimit të masës, transferimit të nxehtësisë, lëvizjes së ekuilibrit fazor dhe proceseve të tjera.

Në prodhimin e prekursorit, sasia e mbetur e DMSO, madhësia e fibrës, forca e monofilamentit, moduli, zgjatja, përmbajtja e vajit dhe tkurrja e ujit të vluar bëhen faktorët kryesorë që ndikojnë në cilësinë e prekursorit.Duke marrë si shembull sasinë e mbetur të DMSO, ajo ka ndikim në vetitë e dukshme të prekursorit, gjendjen e prerjes tërthore dhe vlerën CV të produktit përfundimtar të fibrës së karbonit.Sa më e ulët të jetë sasia e mbetur e DMSO, aq më e lartë është performanca e produktit.Në prodhim, DMSO hiqet kryesisht nga larja, kështu që mënyra e kontrollit të temperaturës së larjes, kohës, sasisë së ujit të shkrirë dhe sasisë së ciklit të larjes bëhet një lidhje e rëndësishme.

Pararendësi i poliakrilonitrilit me cilësi të lartë duhet të ketë këto karakteristika: densitet të lartë, kristalitet të lartë, forcë të përshtatshme, seksion kryq rrethor, më pak defekte fizike, sipërfaqe të lëmuar dhe strukturë uniforme dhe të dendur të bërthamës së lëkurës.

Kontrolli i temperaturës së karbonizimit dhe oksidimit është çelësi.Karbonizimi dhe oksidimi është një hap thelbësor në prodhimin e produkteve përfundimtare të fibrave të karbonit nga pararendësit.Në këtë hap, saktësia dhe diapazoni i temperaturës duhet të kontrollohen me saktësi, përndryshe, forca në tërheqje e produkteve të fibrave të karbonit do të ndikohet ndjeshëm dhe madje do të çojë në thyerjen e telit.

Preoksidimi (200-300 ℃): në procesin e preoksidimit, pararendësi PAN oksidohet ngadalë dhe lehtë duke aplikuar një tension të caktuar në atmosferën oksiduese, duke formuar një numër të madh strukturash unazore mbi bazën e zinxhirit të drejtë të tiganit, në mënyrë që të të arrijë qëllimin për t'i bërë ballë trajtimit me temperaturë më të lartë.

Karbonizimi (temperatura maksimale jo më e ulët se 1000 ℃): procesi i karbonizimit duhet të kryhet në atmosferë inerte.Në fazën e hershme të karbonizimit, zinxhiri i tiganit prishet dhe fillon reaksioni i ndërlidhjes;Me rritjen e temperaturës, reaksioni i dekompozimit termik fillon të lëshojë një numër të madh gazesh molekulare të vogla dhe fillon të formohet struktura e grafitit;Kur temperatura u rrit më tej, përmbajtja e karbonit u rrit me shpejtësi dhe fibra e karbonit filloi të formohej.

Grafitizimi (temperatura e trajtimit mbi 2000 ℃): grafitizimi nuk është një proces i nevojshëm për prodhimin e fibrave të karbonit, por një proces opsional.Nëse pritet modul i lartë elastik i fibrës së karbonit, nevojitet grafitizimi;Nëse pritet forca e lartë e fibrës së karbonit, grafitizimi nuk është i nevojshëm.Në procesin e grafitizimit, temperatura e lartë e bën fibrën të formojë një strukturë të zhvilluar rrjetë grafiti, dhe struktura integrohet duke tërhequr për të marrë produktin përfundimtar.

Barrierat e larta teknike i japin produktet e poshtme me vlerë të lartë të shtuar dhe çmimi i përbërjeve të aviacionit është 200 herë më i lartë se ai i mëndafshit të papërpunuar.Për shkak të vështirësisë së lartë të përgatitjes së fibrave të karbonit dhe procesit kompleks, sa më shumë në rrjedhën e poshtme të jenë produktet, aq më e lartë është vlera e shtuar.Veçanërisht për përbërjet e fibrave të karbonit të nivelit të lartë të përdorur në fushën e hapësirës ajrore, për shkak se klientët në rrjedhën e poshtme kanë kërkesa shumë strikte për besueshmërinë dhe stabilitetin e tij, çmimi i produktit tregon gjithashtu një rritje të shumëfishtë gjeometrike në krahasim me fibrën e zakonshme të karbonit.


Koha e postimit: 22 korrik 2021