Ang carbon fiber, nailhan nga hari sa bag-ong mga materyales sa ika-21 nga siglo, usa ka mahayag nga perlas sa mga materyales.Ang carbon fiber (CF) usa ka klase sa dili organikong fiber nga adunay labaw sa 90% nga sulud sa carbon.Ang mga organikong lanot (viscose based, pitch based, polyacrylonitrile based fibers, ug uban pa) kay pyrolyzed ug carbonized sa taas nga temperatura aron maporma ang carbon backbone.
Ingon usa ka bag-ong henerasyon sa reinforced fiber, ang carbon fiber adunay maayo kaayo nga mekanikal ug kemikal nga mga kabtangan.Dili lamang kini adunay kinaiyanhon nga mga kinaiya sa mga materyales sa carbon, apan adunay usab kalumo ug pagkaproseso sa fiber nga panapton.Busa, kaylap nga gigamit kini sa aerospace, kagamitan sa enerhiya, transportasyon, palakasan ug kalingawan
Gaan nga gibug-aton: ingon usa ka estratehikong bag-ong materyal nga adunay maayo kaayo nga pasundayag, ang density sa carbon fiber hapit parehas sa magnesium ug beryllium, wala’y 1/4 sa asero.Ang paggamit sa carbon fiber composite isip structural material makapakunhod sa structural weight sa 30% - 40%.
Taas nga kusog ug taas nga modulus: ang piho nga kusog sa carbon fiber mao ang 5 ka beses nga mas taas kaysa sa asero ug 4 ka beses nga mas taas kaysa sa aluminum alloy;Ang piho nga modulus mao ang 1.3-12.3 ka beses sa ubang mga materyales sa istruktura.
Gamay nga expansion coefficient: ang thermal expansion coefficient sa kadaghanan sa carbon fibers negatibo sa temperatura sa lawak, 0 sa 200-400 ℃, ug 1.5 lamang sa ubos sa 1000 ℃ × 10-6 / K, dili sayon sa pagpalapad ug deform tungod sa taas nga pagtrabaho temperatura.
Maayo nga resistensya sa kaagnasan sa kemikal: ang carbon fiber adunay taas nga sulud nga puro nga carbon, ug ang carbon usa sa labing lig-on nga elemento sa kemikal, nga nagresulta sa lig-on nga pasundayag niini sa acid ug alkali nga palibot, nga mahimo’g himuon sa tanan nga mga lahi sa mga kemikal nga anti-corrosion nga mga produkto.
Kusog nga pagsukol sa kakapoy: ang istruktura sa carbon fiber lig-on.Sumala sa estadistika sa polymer network, human sa minilyon nga mga siklo sa stress fatigue test, ang kusog nga retention rate sa composite mao gihapon ang 60%, samtang ang steel mao ang 40%, aluminum ang 30%, ug ang glass fiber reinforced plastic mao lamang ang 20. % – 25%.
Ang carbon fiber composite mao ang pagpalig-on sa carbon fiber.Bisan kung ang carbon fiber mahimong magamit nga mag-inusara ug magdula sa usa ka piho nga function, kini usa ka brittle nga materyal pagkahuman sa tanan.Lamang sa diha nga kini inubanan sa matrix nga materyal sa pagporma sa carbon fiber composite makahatag kini og mas maayo nga pagdula sa iyang mekanikal nga mga kabtangan ug sa pagdala sa dugang nga mga karga.
Ang mga lanot sa carbon mahimong maklasipikar sumala sa lainlaing mga sukat sama sa tipo sa precursor, pamaagi sa paghimo ug pasundayag
Sumala sa matang sa precursor: polyacrylonitrile (Pan) base, pitch base (isotropic, mesophase);Viscose base (cellulose base, rayon base).Lakip niini, ang polyacrylonitrile (Pan) nga nakabase sa carbon fiber nag-okupar sa panguna nga posisyon, ug ang output niini nagkantidad sa labaw pa sa 90% sa kinatibuk-ang carbon fiber, samtang ang viscose base sa carbon fiber nagkantidad ug ubos sa 1%.
Sumala sa mga kondisyon sa paghimo ug mga pamaagi: carbon fiber (800-1600 ℃), graphite fiber (2000-3000 ℃), activate carbon fiber, alisngaw nga mitubo nga carbon fiber.
Sumala sa mekanikal nga mga kabtangan, kini mahimong bahinon ngadto sa kinatibuk-ang matang ug high-performance matang: ang kalig-on sa kinatibuk-ang matang carbon fiber mao ang mahitungod sa 1000MPa, ug ang modulus mao ang mahitungod sa 100GPa;Ang high performance type mahimong bahinon ngadto sa high strength type (strength 2000mPa, modulus 250gpa) ug high model (modulus 300gpa o labaw pa), diin ang kusog nga labaw pa sa 4000mpa gitawag usab nga ultra-high strength type, ug ang modulus nga mas dako kay sa 450gpa mao ang gitawag nga ultra-high model.
Sumala sa gidak-on sa tow, kini mahimong bahinon ngadto sa gamay nga tow ug dako nga tow: ang gamay nga tow carbon fiber kasagaran 1K, 3K ug 6K sa inisyal nga yugto, ug anam-anam nga naugmad ngadto sa 12K ug 24K, nga kasagaran gigamit sa aerospace, sports. ug mga natad sa kalingawan.Ang mga lanot sa carbon nga labaw sa 48K kasagarang gitawag nga dagkong tow carbon fibers, lakip ang 48K, 60K, 80K, ug uban pa, nga kasagarang gigamit sa mga industriyal nga natad.
Ang tensile strength ug tensile modulus mao ang duha ka nag-unang mga indeks sa pagtimbang-timbang sa mga kabtangan sa carbon fiber.Pinasukad niini, giproklamar sa China ang nasudnon nga sumbanan alang sa PAN nga nakabase sa carbon fiber (GB / t26752-2011) kaniadtong 2011. Sa parehas nga oras, tungod sa hingpit nga nanguna nga bentaha ni Toray sa industriya sa carbon fiber sa kalibutan, kadaghanan sa mga domestic nga tiggama nagsagop usab sa sumbanan sa klasipikasyon ni Toray isip pakisayran.
Ang 1.2 taas nga mga babag nagdala ug taas nga dugang nga kantidad.Ang pagpaayo sa proseso ug pagkaamgo sa mass production makapakunhod pag-ayo sa gasto ug makadugang sa episyente
1.2.1 ang teknikal nga babag sa industriya taas, ang precursor production mao ang kinauyokan, ug ang carbonization ug oxidation mao ang yawe
Ang proseso sa paghimo sa carbon fiber komplikado, nga nanginahanglan taas nga kagamitan ug teknolohiya.Ang pagkontrol sa katukma, temperatura ug oras sa matag link makaapekto pag-ayo sa kalidad sa katapusan nga produkto.Ang polyacrylonitrile carbon fiber nahimong labing kaylap nga gigamit ug ang labing taas nga output nga carbon fiber sa pagkakaron tungod sa medyo yano nga proseso sa pag-andam, mubu nga gasto sa produksiyon ug dali nga paglabay sa tulo nga mga basura.Ang panguna nga hilaw nga materyal nga propane mahimo’g gikan sa krudo nga lana, ug ang kadena sa industriya sa carbon fiber sa PAN naglakip sa usa ka kompleto nga proseso sa paghimo gikan sa panguna nga enerhiya hangtod sa aplikasyon sa terminal.
Human maandam ang propane gikan sa krudo nga lana, ang propylene nakuha pinaagi sa selective catalytic dehydrogenation (PDH) sa propane;
Ang Acrylonitrile nakuha pinaagi sa ammoxidation sa propylene.Ang polyacrylonitrile (Pan) precursor nakuha pinaagi sa polymerization ug spinning sa acrylonitrile;
Ang polyacrylonitrile mao ang pre oxidized, carbonized sa ubos ug taas nga temperatura aron makakuha og carbon fiber, nga mahimo nga carbon fiber nga panapton ug carbon fiber prepreg alang sa produksyon sa carbon fiber composites;
Ang carbon fiber gihiusa sa resin, seramiko ug uban pang mga materyales aron mahimong mga composite sa carbon fiber.Sa katapusan, ang katapusan nga mga produkto alang sa downstream nga mga aplikasyon makuha sa lainlaing mga proseso sa paghulma;
Ang kalidad ug lebel sa pasundayag sa precursor direkta nga nagtino sa katapusang pasundayag sa carbon fiber.Busa, ang pagpaayo sa kalidad sa spinning solution ug pag-optimize sa mga hinungdan sa precursor forming nahimong importanteng punto sa pag-andam sa taas nga kalidad nga carbon fiber.
Sumala sa "Pagpanukiduki sa proseso sa produksiyon sa polyacrylonitrile base sa carbon fiber precursor", nag-una nga proseso sa pagtuyok naglakip sa tulo ka mga kategorya: basa nga pagtuyok, uga nga pagtuyok ug uga nga basa nga pagtuyok.Sa pagkakaron, ang wet spinning ug dry wet spinning kasagarang gigamit sa paghimo sa polyacrylonitrile precursor sa balay ug sa gawas sa nasud, diin ang basa nga spinning mao ang labing kaylap nga gigamit.
Ang basa nga spinning una nga nagpagawas sa spinning solution gikan sa spinneret hole, ug ang spinning solution mosulod sa coagulation bath sa porma sa gamay nga dagan.Ang spinning mekanismo sa polyacrylonitrile spinning solusyon mao nga adunay usa ka dako nga gintang tali sa konsentrasyon sa DMSO sa spinning solusyon ug coagulation bath, ug adunay usab usa ka dako nga gintang tali sa konsentrasyon sa tubig sa coagulation bath ug polyacrylonitrile solusyon.Ubos sa interaksyon sa labaw sa duha ka mga kalainan sa konsentrasyon, ang likido nagsugod sa pagsabwag sa duha ka direksyon, ug sa katapusan nag-condenses ngadto sa mga filament pinaagi sa mass transfer, heat transfer, phase equilibrium nga kalihukan ug uban pang mga proseso.
Sa paghimo sa precursor, ang nahabilin nga kantidad sa DMSO, gidak-on sa fiber, kusog sa monofilament, modulus, elongation, sulud sa lana ug pagkunhod sa tubig nga nagbukal nahimong hinungdan nga mga hinungdan nga nakaapekto sa kalidad sa nag-una.Pagkuha sa nahabilin nga kantidad sa DMSO ingon usa ka pananglitan, kini adunay impluwensya sa dayag nga mga kabtangan sa precursor, cross-section state ug CV nga kantidad sa katapusan nga produkto sa carbon fiber.Kon mas ubos ang nahabilin nga kantidad sa DMSO, mas taas ang performance sa produkto.Sa produksiyon, ang DMSO nag-una nga gikuha pinaagi sa paghugas, mao nga kung giunsa pagkontrolar ang temperatura sa paghugas, oras, ang gidaghanon sa desalted nga tubig ug ang gidaghanon sa siklo sa paghugas nahimong usa ka importante nga sumpay.
Ang taas nga kalidad nga polyacrylonitrile precursor kinahanglan adunay mga mosunod nga mga kinaiya: taas nga densidad, taas nga crystallinity, angay nga kalig-on, circular cross section, dili kaayo pisikal nga mga depekto, hapsay nga nawong ug uniporme ug dasok nga istruktura sa panit.
Ang pagkontrol sa temperatura sa carbonization ug oksihenasyon mao ang yawe.Ang carbonization ug oksihenasyon usa ka hinungdanon nga lakang sa paghimo sa katapusan nga mga produkto sa carbon fiber gikan sa precursor.Sa kini nga lakang, ang katukma ug gidak-on sa temperatura kinahanglan nga tukma nga kontrolon, kung dili, ang tensile nga kusog sa mga produkto sa carbon fiber maapektuhan pag-ayo, ug bisan pa nga mosangpot sa pagkaguba sa wire.
Preoxidation (200-300 ℃): sa proseso sa preoxidation, ang PAN precursor hinay-hinay ug malumo nga oxidized pinaagi sa paggamit sa usa ka piho nga tensyon sa oxidizing atmospera, pagporma sa usa ka dako nga gidaghanon sa mga istruktura singsing sa basehan sa pan tul-id nga kadena, aron sa makab-ot ang katuyoan sa pag-agwanta sa mas taas nga temperatura nga pagtambal.
Carbonization (maximum nga temperatura dili ubos pa kay sa 1000 ℃): carbonization proseso kinahanglan nga gidala sa gawas sa inert atmospera.Sa sayong bahin sa carbonization, ang kadena sa pan maputol ug magsugod ang crosslinking reaction;Uban sa pagtaas sa temperatura, ang thermal decomposition reaksyon nagsugod sa pagpagawas sa usa ka dako nga gidaghanon sa mga gagmay nga molekula gas, ug ang graphite nga gambalay nagsugod sa pagporma;Sa diha nga ang temperatura misaka pa, ang carbon sulod sa paspas nga misaka ug ang carbon fiber nagsugod sa pagporma.
Graphitization (temperatura sa pagtambal labaw sa 2000 ℃): ang graphitization dili usa ka proseso nga gikinahanglan alang sa paghimo sa carbon fiber, apan usa ka opsyonal nga proseso.Kung gipaabot ang taas nga elastic modulus sa carbon fiber, gikinahanglan ang graphitization;Kung gipaabot ang taas nga kusog sa carbon fiber, dili kinahanglan ang graphitization.Sa proseso sa graphitization, ang taas nga temperatura naghimo sa fiber nga usa ka naugmad nga graphite mesh structure, ug ang istruktura gisagol pinaagi sa pagdrowing aron makuha ang katapusan nga produkto.
Ang taas nga teknikal nga mga babag naghatag sa mga produkto sa ubos nga adunay taas nga dugang nga kantidad, ug ang presyo sa mga komposit sa aviation 200 ka beses nga mas taas kaysa sa hilaw nga seda.Tungod sa taas nga kalisud sa pag-andam sa carbon fiber ug komplikado nga proseso, ang labi ka ubos sa agos sa mga produkto, mas taas ang dugang nga kantidad.Ilabi na alang sa mga high-end nga carbon fiber composite nga gigamit sa aerospace field, tungod kay ang mga kostumer sa ubos adunay higpit nga mga kinahanglanon sa pagkakasaligan ug kalig-on niini, ang presyo sa produkto nagpakita usab sa usa ka geometric nga daghang pagtubo kumpara sa ordinaryong carbon fiber.
Oras sa pag-post: Hul-22-2021