2000-luvun uusien materiaalien kuninkaana tunnettu hiilikuitu on materiaalien kirkas helmi.Hiilikuitu (CF) on eräänlainen epäorgaaninen kuitu, jonka hiilipitoisuus on yli 90 %.Orgaaniset kuidut (viskoosipohjaiset, pihkapohjaiset, polyakryylinitriilipohjaiset kuidut jne.) pyrolysoidaan ja hiiltyvät korkeassa lämpötilassa hiilirungon muodostamiseksi.
Uuden sukupolven lujitekuituina hiilikuidulla on erinomaiset mekaaniset ja kemialliset ominaisuudet.Sillä ei ole vain hiilimateriaalien luontaisia ominaisuuksia, vaan sillä on myös tekstiilikuidun pehmeys ja prosessoitavuus.Siksi sitä käytetään laajasti ilmailu-, energia-, kuljetus-, urheilu- ja vapaa-ajan aloilla
Kevyt: strategisena uutena materiaalina erinomaisella suorituskyvyllä, hiilikuidun tiheys on lähes sama kuin magnesiumin ja berylliumin, alle 1/4 teräksen tiheydestä.Hiilikuitukomposiitin käyttö rakennemateriaalina voi vähentää rakenteen painoa 30–40 %.
Suuri lujuus ja korkea moduuli: hiilikuidun ominaislujuus on 5 kertaa korkeampi kuin teräksen ja 4 kertaa korkeampi kuin alumiiniseoksen;Ominaismoduuli on 1,3-12,3 kertaa muita rakennemateriaaleja.
Pieni laajenemiskerroin: useimpien hiilikuitujen lämpölaajenemiskerroin on negatiivinen huoneenlämmössä, 0 200-400 ℃ ja vain 1,5 alle 1000 ℃ × 10-6 / K, ei ole helppo laajentaa ja muuttaa muotoaan korkean työskentelyn vuoksi lämpötila.
Hyvä kemiallinen korroosionkestävyys: hiilikuidulla on korkea puhdas hiilipitoisuus, ja hiili on yksi vakaimmista kemiallisista alkuaineista, mikä johtaa sen erittäin vakaaseen suorituskykyyn happo- ja alkaliympäristössä, josta voidaan valmistaa kaikenlaisia kemiallisia korroosionestotuotteita.
Vahva väsymiskestävyys: hiilikuidun rakenne on vakaa.Polymeeriverkoston tilastojen mukaan miljoonien jännitysväsymistestien jaksojen jälkeen komposiitin lujuuden säilyvyysaste on edelleen 60%, kun taas teräksen on 40%, alumiinin 30% ja lasikuituvahvisteisen muovin vain 20%. % – 25 %.
Hiilikuitukomposiitti on hiilikuidun uudelleenvahvistus.Vaikka hiilikuitua voidaan käyttää yksinään ja sillä on tietty tehtävä, se on loppujen lopuksi hauras materiaali.Vain kun se yhdistetään matriisimateriaaliin hiilikuitukomposiittiksi, se antaa paremman välyksen mekaanisille ominaisuuksilleen ja kantaa enemmän kuormia.
Hiilikuidut voidaan luokitella eri mittojen, kuten esiastetyypin, valmistusmenetelmän ja suorituskyvyn mukaan
Esiasteen tyypin mukaan: polyakryylinitriili (Pan) -pohjainen, pihkapohjainen (isotrooppinen, mesofaasi);Viskoosipohja (selluloosapohja, viskoosipohja).Niiden joukossa polyakryylinitriili (Pan) -pohjainen hiilikuitu on valtavirran puolella, ja sen tuotos muodostaa yli 90 % koko hiilikuidusta, kun taas viskoosipohjaisen hiilikuidun osuus on alle 1 %.
Valmistusolosuhteiden ja menetelmien mukaan: hiilikuitu (800-1600 ℃), grafiittikuitu (2000-3000 ℃), aktiivihiilikuitu, höyryssä kasvatettu hiilikuitu.
Mekaanisten ominaisuuksien mukaan se voidaan jakaa yleistyyppiin ja korkean suorituskyvyn tyyppiin: yleisen tyypin hiilikuidun lujuus on noin 1000 MPa ja moduuli on noin 100 GPa;Korkean suorituskyvyn tyyppi voidaan jakaa korkealujuustyyppiin (lujuus 2000 mPa, moduuli 250 gpa) ja korkeaan malliin (moduuli 300 gpa tai enemmän), joista yli 4000 mpa lujuutta kutsutaan myös erittäin lujaksi tyypiksi, ja moduuli, joka on suurempi kuin 450 gpa, on kutsutaan ultrakorkeaksi malliksi.
Tonauksen koon mukaan se voidaan jakaa pieneen hinaukseen ja isoon hinaukseen: pieni hinattava hiilikuitu on alkuvaiheessa pääasiassa 1K, 3K ja 6K, ja kehittyy vähitellen 12K ja 24K, jota käytetään pääasiassa ilmailussa, urheilussa. ja vapaa-ajan kentät.Yli 48K hiilikuituja kutsutaan yleensä suuriksi hiilikuiduiksi, mukaan lukien 48K, 60K, 80K jne., joita käytetään pääasiassa teollisuudessa.
Vetolujuus ja vetomoduuli ovat kaksi pääindeksiä hiilikuidun ominaisuuksien arvioimiseksi.Tämän perusteella Kiina julkaisi PAN-pohjaisten hiilikuitujen kansallisen standardin (GB / t26752-2011) vuonna 2011. Samaan aikaan, koska Toray on ehdottoman johtava etu maailmanlaajuisessa hiilikuituteollisuudessa, useimmat kotimaiset valmistajat ottavat käyttöön myös Torayn luokitusstandardin. referenssinä.
1.2 korkeat esteet tuovat suurta lisäarvoa.Prosessin parantaminen ja massatuotannon toteuttaminen voivat vähentää merkittävästi kustannuksia ja lisätä tehokkuutta
1.2.1 teollisuuden tekninen este on korkea, lähtöaineiden tuotanto on ydin ja hiiltyminen ja hapetus on avainasemassa
Hiilikuidun tuotantoprosessi on monimutkainen, mikä vaatii korkeaa laitteistoa ja teknologiaa.Kunkin linkin tarkkuuden, lämpötilan ja ajan hallinta vaikuttaa suuresti lopputuotteen laatuun.Polyakrylonitriilihiilikuiduista on tullut tällä hetkellä laajimmin käytetty ja eniten tuotettu hiilikuitu sen suhteellisen yksinkertaisen valmistusprosessin, alhaisten tuotantokustannusten ja kolmen jätteen kätevän hävittämisen ansiosta.Pääraaka-aineena propaania voidaan valmistaa raakaöljystä, ja PAN-hiilikuituteollisuusketju sisältää täydellisen valmistusprosessin primäärienergiasta terminaalisovellukseen.
Sen jälkeen kun propaani oli valmistettu raakaöljystä, propeeni saatiin propaanin selektiivisellä katalyyttisellä dehydrauksella (PDH);
Akryylinitriili saatiin ammoksidoimalla propeenia.Polyakrylonitriilin (Pan) esiaste saatiin polymeroimalla ja kehruu akryylinitriiliä;
Polyakrylonitriili esihapetetaan, hiiltyy alhaisessa ja korkeassa lämpötilassa hiilikuitujen saamiseksi, josta voidaan valmistaa hiilikuitukangas ja hiilikuituprepreg hiilikuitukomposiittien tuotantoa varten;
Hiilikuitu yhdistetään hartsin, keramiikan ja muiden materiaalien kanssa hiilikuitukomposiitteiksi.Lopuksi lopputuotteet loppupään sovelluksiin saadaan erilaisilla muovausprosesseilla;
Esiasteen laatu ja suorituskykytaso määräävät suoraan hiilikuidun lopullisen suorituskyvyn.Tästä syystä kehruuliuoksen laadun parantamisesta ja esiastemuodostuksen tekijöiden optimoinnista tulee korkealaatuisen hiilikuidun valmistuksen avainkohtia.
"Polyakryylinitriilipohjaisen hiilikuituprekursorin tuotantoprosessia koskevan tutkimuksen" mukaan kehruuprosessi sisältää pääasiassa kolme luokkaa: märkäkehru, kuivakehru ja kuiva märkäkehru.Tällä hetkellä märkäkehruuta ja kuivamärkäkehruuta käytetään pääasiassa polyakryylinitriilin esiasteen valmistukseen kotimaassa ja ulkomailla, joista märkäkehruu on laajimmin käytetty.
Märkäkehruu puristaa ensin kehruuliuoksen kehruureiästä ja kehruuliuos tulee pienenä virtauksena koagulointikylpyyn.Polyakryylinitriilin kehruuliuoksen kehruumekanismi on, että kehruuliuoksen ja koagulointikylvyn DMSO:n pitoisuuden välillä on suuri ero, ja myös koagulointikylvyn ja polyakryylinitriililiuoksen vesipitoisuuden välillä on suuri ero.Yllä olevien kahden pitoisuuseron vuorovaikutuksessa neste alkaa diffundoitua kahteen suuntaan ja lopulta tiivistyy filamenteiksi massasiirron, lämmönsiirron, faasitasapainoliikkeen ja muiden prosessien kautta.
Prekursorin valmistuksessa DMSO:n jäännösmäärä, kuidun koko, monofilamentin lujuus, moduuli, venymä, öljypitoisuus ja kiehuvan veden kutistuminen nousevat esiasteen laatuun vaikuttaviksi avaintekijöiksi.Ottamalla esimerkkinä DMSO:n jäännösmäärä, sillä on vaikutusta lopullisen hiilikuitutuotteen esiasteen näennäisiin ominaisuuksiin, poikkileikkauksen tilaan ja CV-arvoon.Mitä pienempi DMSO:n jäännösmäärä on, sitä parempi on tuotteen suorituskyky.Tuotannossa DMSO poistetaan pääasiassa pesemällä, joten pesulämpötilan, -ajan, suolattoman veden määrän ja pesujakson määrän hallinta tulee tärkeäksi linkiksi.
Korkealaatuisella polyakryylinitriilin esiasteella tulisi olla seuraavat ominaisuudet: suuri tiheys, korkea kiteisyys, sopiva lujuus, pyöreä poikkileikkaus, vähemmän fyysisiä vikoja, sileä pinta ja tasainen ja tiheä kuoren ydinrakenne.
Hiiltymisen ja hapettumisen lämpötilan hallinta on avainasemassa.Hiiletys ja hapetus on olennainen vaihe hiilikuitujen lopputuotteiden valmistuksessa esiasteista.Tässä vaiheessa tarkkuus ja lämpötila-alue on säädettävä tarkasti, muuten hiilikuitutuotteiden vetolujuus vaikuttaa merkittävästi ja johtaa jopa langan katkeamiseen
Esihapetus (200-300 ℃): esihapetusprosessissa PAN-esiaste hapetetaan hitaasti ja lievästi kohdistamalla tiettyä jännitystä hapettavaan ilmakehään, jolloin muodostuu suuri määrä rengasrakenteita pannusuoran ketjun perusteella, jotta saavuttaa korkeamman lämpötilan käsittelyn kestävyyden.
Hiiletys (maksimilämpötila vähintään 1000 ℃): Hiiletysprosessi tulee suorittaa inertissä ilmakehässä.Hiiltymisen alkuvaiheessa pannuketju katkeaa ja silloitusreaktio alkaa;Lämpötilan noustessa lämpöhajoamisreaktio alkaa vapauttaa suuren määrän pienimolekyylisiä kaasuja ja grafiittirakenne alkaa muodostua;Kun lämpötila nousi edelleen, hiilipitoisuus nousi nopeasti ja hiilikuitua alkoi muodostua.
Grafitisointi (käsittelylämpötila yli 2000 ℃): grafitointi ei ole välttämätön prosessi hiilikuidun valmistuksessa, vaan valinnainen prosessi.Jos hiilikuidulta odotetaan suurta kimmokerrointa, tarvitaan grafitointia;Jos hiilikuidulta odotetaan suurta lujuutta, grafitointia ei tarvita.Grafitisointiprosessissa korkea lämpötila saa kuidun muodostamaan kehittyneen grafiittiverkkorakenteen, ja rakenne integroidaan vetämällä lopputuotteen saamiseksi.
Korkeat tekniset esteet antavat loppupään tuotteille korkean lisäarvon, ja lentokomposiittien hinta on 200 kertaa korkeampi kuin raakasilkin.Hiilikuidun valmistuksen vaikeuden ja monimutkaisen prosessin vuoksi, mitä enemmän loppupäässä tuotteet ovat, sitä korkeampi lisäarvo on.Erityisesti ilmailu- ja avaruusteollisuudessa käytettävien huippuluokan hiilikuitukomposiittien kohdalla, koska loppupään asiakkailla on erittäin tiukat vaatimukset sen luotettavuudelle ja stabiiliudelle, tuotteen hinta osoittaa myös geometrista moninkertaista kasvua verrattuna tavalliseen hiilikuituun.
Postitusaika: 22.7.2021