Dadansoddiad dwfn o'r diwydiant ffibr carbon: twf uchel, gofod eang o ddeunyddiau newydd a thrac o ansawdd uchel

Mae ffibr carbon, a elwir yn frenin deunyddiau newydd yn yr 21ain ganrif, yn berl llachar mewn deunyddiau.Mae ffibr carbon (CF) yn fath o ffibr anorganig gyda mwy na 90% o gynnwys carbon.Mae ffibrau organig (yn seiliedig ar fiscos, wedi'u seilio ar draw, ffibrau polyacrylonitrile, ac ati) yn cael eu pyrolyzed a'u carboni ar dymheredd uchel i ffurfio asgwrn cefn carbon.

Fel cenhedlaeth newydd o ffibr wedi'i atgyfnerthu, mae gan ffibr carbon briodweddau mecanyddol a chemegol rhagorol.Mae ganddo nid yn unig nodweddion cynhenid ​​deunyddiau carbon, ond mae ganddo hefyd feddalwch a phrosesadwyedd ffibr tecstilau.Felly, fe'i defnyddir yn eang mewn meysydd awyrofod, offer ynni, cludiant, chwaraeon a hamdden

Pwysau ysgafn: fel deunydd newydd strategol gyda pherfformiad rhagorol, mae dwysedd ffibr carbon bron yr un fath â magnesiwm a berylliwm, llai nag 1/4 o ddur.Gall defnyddio cyfansawdd ffibr carbon fel deunydd strwythurol leihau'r pwysau strwythurol 30% - 40%.

Cryfder uchel a modwlws uchel: mae cryfder penodol ffibr carbon 5 gwaith yn uwch na dur a 4 gwaith yn uwch na chryfder aloi alwminiwm;Mae'r modwlws penodol yn 1.3-12.3 gwaith o ddeunyddiau strwythurol eraill.

Cyfernod ehangu bach: mae cyfernod ehangu thermol y rhan fwyaf o ffibrau carbon yn negyddol ar dymheredd yr ystafell, 0 yn 200-400 ℃, a dim ond 1.5 ar lai na 1000 ℃ × 10-6 / K, nid yw'n hawdd ei ehangu a'i ddadffurfio oherwydd gweithio uchel tymheredd.

Gwrthiant cyrydiad cemegol da: mae gan ffibr carbon gynnwys carbon pur uchel, ac mae carbon yn un o'r elfennau cemegol mwyaf sefydlog, gan arwain at ei berfformiad sefydlog iawn mewn amgylchedd asid ac alcali, y gellir ei wneud yn bob math o gynhyrchion gwrth-cyrydu cemegol.

Gwrthiant blinder cryf: mae strwythur ffibr carbon yn sefydlog.Yn ôl ystadegau rhwydwaith polymerau, ar ôl miliynau o gylchoedd o brawf blinder straen, mae cyfradd cadw cryfder y cyfansawdd yn dal i fod yn 60%, tra bod cyfradd dur yn 40%, alwminiwm yw 30%, a dim ond 20 yw'r gyfradd plastig wedi'i atgyfnerthu â ffibr gwydr. % – 25%.

Cyfansawdd ffibr carbon yw ail-gryfhau ffibr carbon.Er y gellir defnyddio ffibr carbon ar ei ben ei hun a chwarae swyddogaeth benodol, mae'n ddeunydd brau wedi'r cyfan.Dim ond pan gaiff ei gyfuno â'r deunydd matrics i ffurfio cyfansawdd ffibr carbon y gall roi gwell chwarae i'w briodweddau mecanyddol a chludo mwy o lwythi.

Gellir dosbarthu ffibrau carbon yn ôl gwahanol ddimensiynau megis math rhagflaenydd, dull gweithgynhyrchu a pherfformiad

Yn ôl y math o ragflaenydd: polyacrylonitrile (Pan) seiliedig, traw yn seiliedig (isotropic, mesophase);Sylfaen viscose (sylw cellwlos, sylfaen rayon).Yn eu plith, mae ffibr carbon polyacrylonitrile (Pan) yn y sefyllfa brif ffrwd, ac mae ei allbwn yn cyfrif am fwy na 90% o gyfanswm y ffibr carbon, tra bod ffibr carbon sy'n seiliedig ar viscose yn cyfrif am lai nag 1%.

Yn ôl yr amodau a'r dulliau gweithgynhyrchu: ffibr carbon (800-1600 ℃), ffibr graffit (2000-3000 ℃), ffibr carbon wedi'i actifadu, ffibr carbon wedi'i dyfu ag anwedd.

Yn ôl y priodweddau mecanyddol, gellir ei rannu'n fath cyffredinol a math perfformiad uchel: mae cryfder ffibr carbon math cyffredinol tua 1000MPa, ac mae'r modwlws tua 100GPa;Gellir rhannu math perfformiad uchel yn fath cryfder uchel (cryfder 2000mPa, modwlws 250gpa) a model uchel (modwlws 300gpa neu fwy), ymhlith y mae cryfder mwy na 4000mpa hefyd yn cael ei alw'n fath cryfder uwch-uchel, ac mae'r modwlws sy'n fwy na 450gpa yn a elwir yn fodel uwch-uchel.

Yn ôl maint y tynnu, gellir ei rannu'n dynnu bach a thynnu mawr: mae ffibr carbon tynnu bach yn bennaf 1K, 3K a 6K yn y cam cychwynnol, ac fe'i datblygir yn raddol yn 12K a 24K, a ddefnyddir yn bennaf mewn awyrofod, chwaraeon a meysydd hamdden.Fel arfer gelwir ffibrau carbon uwchlaw 48K yn ffibrau carbon tynnu mawr, gan gynnwys 48K, 60K, 80K, ac ati, a ddefnyddir yn bennaf mewn meysydd diwydiannol.

Mae cryfder tynnol a modwlws tynnol yn ddau brif fynegai i werthuso priodweddau ffibr carbon.Yn seiliedig ar hyn, cyhoeddodd Tsieina y safon genedlaethol ar gyfer ffibr carbon seiliedig ar PAN (GB / t26752-2011) yn 2011. Ar yr un pryd, oherwydd mantais flaenllaw absoliwt Toray yn y diwydiant ffibr carbon byd-eang, mae'r rhan fwyaf o weithgynhyrchwyr domestig hefyd yn mabwysiadu safon ddosbarthu Toray fel cyfeiriad.

Mae 1.2 rhwystr uchel yn dod â gwerth ychwanegol uchel.Gall gwella'r broses a gwireddu masgynhyrchu leihau cost yn sylweddol a chynyddu effeithlonrwydd

1.2.1 mae rhwystr technegol y diwydiant yn uchel, y cynhyrchiad rhagflaenol yw'r craidd, a charboneiddio ac ocsidiad yw'r allwedd

Mae'r broses gynhyrchu o ffibr carbon yn gymhleth, sy'n gofyn am offer a thechnoleg uchel.Bydd rheoli manwl gywirdeb, tymheredd ac amser pob cyswllt yn effeithio'n fawr ar ansawdd y cynnyrch terfynol.Ffibr carbon polyacrylonitrile yw'r ffibr carbon allbwn a ddefnyddir fwyaf a'r allbwn uchaf ar hyn o bryd oherwydd ei broses baratoi gymharol syml, cost cynhyrchu isel a chael gwared ar dri gwastraff yn gyfleus.Gellir gwneud y prif ddeunydd crai propan o olew crai, ac mae cadwyn diwydiant ffibr carbon PAN yn cynnwys proses weithgynhyrchu gyflawn o ynni sylfaenol i gais terfynol.

Ar ôl paratoi propan o olew crai, cafwyd propylen trwy ddadhydrogeniad catalytig dethol (PDH) o propan;

Cafwyd acrylonitrile trwy amocsidiad propylen.Cafwyd rhagflaenydd polyacrylonitrile (Pan) trwy polymerization a nyddu acrylonitrile;

Mae polyacrylonitrile wedi'i ocsidio ymlaen llaw, wedi'i garbonio ar dymheredd isel ac uchel i gael ffibr carbon, y gellir ei wneud yn ffabrig ffibr carbon a prepreg ffibr carbon ar gyfer cynhyrchu cyfansoddion ffibr carbon;

Mae ffibr carbon yn cael ei gyfuno â resin, cerameg a deunyddiau eraill i ffurfio cyfansoddion ffibr carbon.Yn olaf, mae'r cynhyrchion terfynol ar gyfer cymwysiadau i lawr yr afon yn cael eu sicrhau gan wahanol brosesau mowldio;

Mae lefel ansawdd a pherfformiad y rhagflaenydd yn pennu perfformiad terfynol ffibr carbon yn uniongyrchol.Felly, mae gwella ansawdd yr ateb nyddu a gwneud y gorau o ffactorau ffurfio rhagflaenol yn dod yn bwyntiau allweddol wrth baratoi ffibr carbon o ansawdd uchel.

Yn ôl "Ymchwil ar broses gynhyrchu rhagflaenydd ffibr carbon polyacrylonitrile", mae'r broses nyddu yn bennaf yn cynnwys tri chategori: nyddu gwlyb, nyddu sych a nyddu gwlyb sych.Ar hyn o bryd, mae nyddu gwlyb a nyddu gwlyb sych yn cael eu defnyddio'n bennaf i gynhyrchu rhagflaenydd polyacrylonitrile gartref a thramor, ymhlith y rhain nyddu gwlyb yw'r un a ddefnyddir fwyaf.

Yn gyntaf mae nyddu gwlyb yn allwthio'r hydoddiant nyddu o'r twll troellwr, ac mae'r hydoddiant nyddu yn mynd i mewn i'r bath ceulo ar ffurf llif bach.Mecanwaith nyddu hydoddiant nyddu polyacrylonitrile yw bod bwlch mawr rhwng y crynodiad o DMSO mewn hydoddiant nyddu a bath ceulo, ac mae bwlch mawr hefyd rhwng crynodiad dŵr mewn bath ceulo a hydoddiant polyacrylonitrile.O dan ryngweithiad y ddau wahaniaeth crynodiad uchod, mae'r hylif yn dechrau ymledu i ddau gyfeiriad, ac yn olaf yn cyddwyso'n ffilamentau trwy drosglwyddo màs, trosglwyddo gwres, symudiad ecwilibriwm cyfnod a phrosesau eraill.

Wrth gynhyrchu rhagflaenydd, mae swm gweddilliol DMSO, maint ffibr, cryfder monofilament, modwlws, elongation, cynnwys olew a chrebachu dŵr berwedig yn dod yn ffactorau allweddol sy'n effeithio ar ansawdd y rhagflaenydd.Gan gymryd y swm gweddilliol o DMSO fel enghraifft, mae ganddo ddylanwad ar briodweddau ymddangosiadol rhagflaenydd, cyflwr trawstoriad a gwerth CV y ​​cynnyrch ffibr carbon terfynol.Po isaf yw'r swm gweddilliol o DMSO, yr uchaf yw perfformiad y cynnyrch.Wrth gynhyrchu, mae DMSO yn cael ei dynnu'n bennaf trwy olchi, felly mae sut i reoli'r tymheredd golchi, amser, faint o ddŵr wedi'i ddadhalogi a faint o gylch golchi yn dod yn gyswllt pwysig.

Dylai rhagflaenydd polyacrylonitrile o ansawdd uchel fod â'r nodweddion canlynol: dwysedd uchel, crystallinity uchel, cryfder priodol, trawstoriad cylchlythyr, llai o ddiffygion corfforol, arwyneb llyfn a strwythur craidd croen unffurf a thrwchus.

Rheoli tymheredd carbonization ac ocsidiad yw'r allwedd.Mae carbonoli ac ocsidiad yn gam hanfodol wrth gynhyrchu cynhyrchion terfynol ffibr carbon o ragflaenydd.Yn y cam hwn, dylid rheoli cywirdeb ac ystod y tymheredd yn gywir, fel arall, bydd cryfder tynnol cynhyrchion ffibr carbon yn cael ei effeithio'n sylweddol, a hyd yn oed yn arwain at dorri gwifrau

Preoxidation (200-300 ℃): yn y broses preoxidation, mae'r rhagflaenydd PAN yn cael ei ocsidio'n araf ac yn ysgafn trwy gymhwyso tensiwn penodol yn yr atmosffer ocsideiddio, gan ffurfio nifer fawr o strwythurau cylch ar sail cadwyn syth y sosban, er mwyn cyflawni pwrpas gwrthsefyll triniaeth tymheredd uwch.

Carboneiddio (tymheredd uchaf heb fod yn is na 1000 ℃): dylid cynnal y broses garboneiddio mewn awyrgylch anadweithiol.Yn y cyfnod cynnar o garboneiddio, mae'r gadwyn sosban yn torri ac mae'r adwaith crosslinking yn dechrau;Gyda chynnydd y tymheredd, mae'r adwaith dadelfennu thermol yn dechrau rhyddhau nifer fawr o nwyon moleciwl bach, ac mae'r strwythur graffit yn dechrau ffurfio;Pan gynyddodd y tymheredd ymhellach, cynyddodd y cynnwys carbon yn gyflym a dechreuodd y ffibr carbon ffurfio.

Graphitization (tymheredd triniaeth uwchlaw 2000 ℃): nid yw graffitization yn broses angenrheidiol ar gyfer cynhyrchu ffibr carbon, ond yn broses ddewisol.Os disgwylir modwlws elastig uchel o ffibr carbon, mae angen graffitization;Os disgwylir cryfder uchel o ffibr carbon, nid oes angen graffitization.Yn y broses graffitization, mae tymheredd uchel yn gwneud y ffibr yn ffurfio strwythur rhwyll graffit datblygedig, ac mae'r strwythur wedi'i integreiddio trwy luniadu i gael y cynnyrch terfynol.

Mae rhwystrau technegol uchel yn rhoi gwerth ychwanegol uchel i'r cynhyrchion i lawr yr afon, ac mae pris cyfansoddion hedfan 200 gwaith yn uwch na phris sidan amrwd.Oherwydd anhawster uchel paratoi ffibr carbon a phroses gymhleth, po fwyaf i lawr yr afon y cynhyrchion, yr uchaf yw'r gwerth ychwanegol.Yn enwedig ar gyfer y cyfansoddion ffibr carbon pen uchel a ddefnyddir yn y maes awyrofod, oherwydd bod gan y cwsmeriaid i lawr yr afon ofynion llym iawn ar ei ddibynadwyedd a'i sefydlogrwydd, mae pris y cynnyrch hefyd yn dangos twf lluosog geometrig o'i gymharu â'r ffibr carbon cyffredin.


Amser postio: Gorff-22-2021