Serat karbon, katelah raja bahan anyar dina abad ka-21, mangrupakeun mutiara caang dina bahan.Serat karbon (CF) nyaéta sajenis serat anorganik anu eusina leuwih ti 90% karbon.Serat organik (viscose dumasar, pitch dumasar, polyacrylonitrile dumasar serat, jsb) anu pyrolyzed na carbonized dina suhu luhur pikeun ngabentuk tulang tonggong karbon.
Salaku generasi anyar serat bertulang, serat karbon boga sipat mékanis jeung kimia alus teuing.Ieu mah ngan saukur boga ciri alamiah tina bahan karbon, tapi ogé ngabogaan softness jeung processability serat tekstil.Ku alatan éta, éta loba dipaké dina aerospace, alat-alat énergi, transportasi, olahraga jeung widang luang
Beurat hampang: salaku bahan anyar anu strategis kalayan kinerja anu saé, dénsitas serat karbon ampir sami sareng magnesium sareng beryllium, kirang ti 1/4 tina baja.Ngagunakeun komposit serat karbon salaku bahan struktural bisa ngurangan beurat struktural ku 30% - 40%.
Kakuatan tinggi sareng modulus anu luhur: kakuatan khusus serat karbon 5 kali langkung luhur tibatan baja sareng 4 kali langkung luhur tibatan alloy aluminium;Modulus spésifik nyaéta 1.3-12.3 kali tina bahan struktural anu sanés.
Koéfisién ékspansi leutik: koefisien ékspansi termal kalolobaan serat karbon négatip dina suhu kamar, 0 dina 200-400 ℃, sareng ngan 1,5 dina kirang ti 1000 ℃ × 10-6 / K, henteu gampang dilegakeun sareng deformasi kusabab kerja anu luhur. suhu.
Résistansi korosi kimiawi anu saé: serat karbon ngagaduhan eusi karbon murni anu luhur, sareng karbon mangrupikeun salah sahiji unsur kimia anu paling stabil, nyababkeun prestasi anu stabil dina lingkungan asam sareng alkali, anu tiasa didamel kana sagala jinis produk anti korosi kimiawi.
Résistansi kacapean anu kuat: struktur serat karbon stabil.Numutkeun statistik jaringan polimér, sanggeus jutaan siklus test kacapean stress, laju ingetan kakuatan komposit masih 60%, sedengkeun nu baja téh 40%, aluminium nyaéta 30%, sarta serat gelas bertulang plastik téh ngan 20. % - 25%.
Komposit serat karbon nyaéta nguatkeun deui serat karbon.Sanaos serat karbon tiasa dianggo nyalira sareng maénkeun fungsi anu khusus, éta mangrupikeun bahan anu rapuh.Ngan nalika digabungkeun sareng bahan matriks pikeun ngabentuk komposit serat karbon tiasa masihan langkung saé pikeun sipat mékanisna sareng ngalaksanakeun langkung seueur beban.
Serat karbon tiasa digolongkeun dumasar kana dimensi anu béda sapertos jinis prékursor, metode manufaktur sareng kinerja
Numutkeun jenis prékursor: polyacrylonitrile (Pan) dumasar, pitch dumasar (isotropic, mesophase);Basa viscose (basa selulosa, basa rayon).Di antarana, serat karbon dumasar polyacrylonitrile (Pan) nempatan posisi mainstream, sarta kaluaran na akun pikeun leuwih ti 90% tina total serat karbon, sedengkeun serat karbon dumasar viscose akun kirang ti 1%.
Nurutkeun kana kaayaan jeung métode manufaktur: serat karbon (800-1600 ℃), serat grafit (2000-3000 ℃), serat karbon diaktipkeun, uap dipelak serat karbon.
Numutkeun sipat mékanis, éta bisa dibagi kana tipe umum tur tipe-kinerja tinggi: kakuatan serat karbon tipe umum ngeunaan 1000MPa, sarta modulus nyaeta ngeunaan 100GPa;Jinis kinerja luhur bisa dibagi kana tipe kakuatan tinggi (kakuatan 2000mPa, modulus 250gpa) jeung modél luhur (modulus 300gpa atawa leuwih), diantara nu kakuatan leuwih gede ti 4000mpa disebut oge tipe kakuatan ultra-luhur, jeung modulus gede ti 450gpa nyaeta disebut modél ultra-luhur.
Numutkeun ukuran ngerek, éta bisa dibagi kana ngerek leutik sarta ngerek badag: serat karbon ngerek leutik utamana 1K, 3K na 6K dina tahap awal, sarta laun dimekarkeun jadi 12K na 24K, nu utamana dipaké dina aerospace, olahraga. jeung widang luang.Serat karbon di luhur 48K biasana disebut serat karbon tow ageung, kalebet 48K, 60K, 80K, sareng sajabana, anu umumna dianggo dina widang industri.
Kakuatan tensile sareng modulus tensile mangrupikeun dua indéks utama pikeun ngira-ngira sipat serat karbon.Dumasar ieu, Cina promulgated standar nasional pikeun serat karbon dumasar PAN (GB / t26752-2011) dina 2011. Dina waktu nu sarua, alatan kaunggulan ngarah mutlak Toray di industri serat karbon global, lolobana pabrik domestik ogé ngadopsi standar klasifikasi Toray urang. salaku rujukan.
1.2 halangan luhur mawa nilai ditambahkeun tinggi.Ngaronjatkeun prosés sareng ngawujudkeun produksi masal tiasa sacara signifikan ngirangan biaya sareng ningkatkeun efisiensi
1.2.1 panghalang téknis industri tinggi, produksi prékursor nyaéta inti, sareng karbonisasi sareng oksidasi mangrupikeun konci.
Prosés produksi serat karbon rumit, anu peryogi peralatan sareng téknologi anu luhur.Kadali precision, suhu jeung waktu unggal link bakal greatly mangaruhan kualitas produk ahir.Serat karbon polyacrylonitrile parantos janten serat karbon anu paling seueur dianggo sareng kaluaran paling luhur ayeuna kusabab prosés persiapan anu kawilang saderhana, biaya produksi rendah sareng pembuangan anu gampang tina tilu limbah.Bahan baku utama propana bisa dijieun tina minyak atah, sarta ranté industri serat karbon PAN ngawengku prosés manufaktur lengkep ti énergi primér pikeun aplikasi terminal.
Saatos propana disiapkeun tina minyak bumi, propiléna dicandak ku dehidrogénasi katalitik selektif (PDH) propana;
Acrylonitrile dicandak ku ammoxidation propiléna.Polyacrylonitrile (Pan) prékursor diala ku polimérisasi jeung spinning of acrylonitrile;
Polyacrylonitrile ieu pre dioksidasi, carbonized dina suhu lemah sareng tinggi pikeun ménta serat karbon, nu bisa dijieun kana lawon serat karbon jeung serat karbon prepreg pikeun produksi composites serat karbon;
Serat karbon digabungkeun sareng résin, keramik sareng bahan sanés pikeun ngabentuk komposit serat karbon.Tungtungna, produk ahir pikeun aplikasi hilir dicandak ku rupa-rupa prosés molding;
Kualitas sareng tingkat kinerja prékursor langsung nangtukeun kinerja ahir serat karbon.Ku alatan éta, ngaronjatkeun kualitas solusi spinning jeung optimalisasi faktor prékursor ngabentuk jadi titik konci Nyiapkeun serat karbon kualitas luhur.
Numutkeun "Panalungtikan dina prosés produksi polyacrylonitrile dumasar serat karbon prékursor", prosés spinning utamana ngawengku tilu kategori: spinning baseuh, spinning garing sarta spinning baseuh garing.Ayeuna, spinning baseuh jeung spinning baseuh garing utamana dipaké pikeun ngahasilkeun prékursor polyacrylonitrile di imah jeung di mancanagara, diantara nu spinning baseuh téh paling loba dipaké.
baseuh spinning munggaran extrudes solusi spinning tina liang spinneret, sarta leyuran spinning asup kana mandi koagulasi dina bentuk aliran leutik.Mékanisme spinning solusi spinning polyacrylonitrile nyaéta yén aya gap badag antara konsentrasi DMSO dina solusi spinning jeung mandi koagulasi, sarta aya ogé gap badag antara konsentrasi cai dina mandi koagulasi jeung solusi polyacrylonitrile.Dina interaksi dua béda konsentrasi di luhur, cairan mimiti diffuse dina dua arah, sarta tungtungna condenses kana filamén ngaliwatan mindahkeun massa, mindahkeun panas, gerakan kasatimbangan fase jeung prosés lianna.
Dina produksi prékursor, jumlah residual DMSO, ukuran serat, kakuatan monofilament, modulus, elongation, eusi minyak jeung shrinkage cai ngagolak jadi faktor konci mangaruhan kualitas prékursor.Nyandak jumlah residual DMSO sabagé conto, éta boga pangaruh kana sipat katempo prékursor, kaayaan cross-bagian jeung nilai CV produk serat karbon ahir.Nu handap jumlah residual DMSO, nu leuwih luhur kinerja produk.Dina produksi, DMSO utamana dihapus ku cuci, jadi kumaha carana ngadalikeun suhu cuci, waktu, jumlah cai desalted jeung jumlah siklus cuci janten link penting.
prékursor polyacrylonitrile kualitas luhur kudu boga ciri di handap ieu: dénsitas luhur, kristalinitas tinggi, kakuatan luyu, bagian cross sirkular, kirang defects fisik, permukaan lemes jeung seragam jeung struktur inti kulit padet.
Kontrol suhu karbonisasi sareng oksidasi mangrupikeun konci.Karbonisasi sareng oksidasi mangrupikeun léngkah penting dina produksi produk ahir serat karbon tina prékursor.Dina léngkah ieu, katepatan sareng kisaran suhu kedah dikontrol sacara akurat, upami henteu, kakuatan tensile produk serat karbon bakal kapangaruhan sacara signifikan, bahkan nyababkeun pegatna kawat.
Preoxidation (200-300 ℃): dina prosés préoksidasi, prékursor PAN lalaunan jeung hampang dioksidasi ku nerapkeun tegangan tangtu dina atmosfir pangoksidasi, ngabentuk angka nu gede ngarupakeun struktur ring dina dasar ranté lempeng pan, ku kituna ka ngahontal tujuan tahan perlakuan suhu luhur.
Karbonisasi (suhu maksimum teu leuwih handap 1000 ℃): prosés karbonisasi kudu dilaksanakeun dina atmosfir inert.Dina tahap awal carbonization, ranté pan megatkeun jeung réaksi crosslinking dimimitian;Kalayan paningkatan suhu, réaksi dékomposisi termal mimiti ngaleupaskeun sajumlah ageung gas molekul leutik, sareng struktur grafit mimiti ngabentuk;Nalika suhu ningkat salajengna, eusi karbon ningkat gancang sareng serat karbon mimiti ngabentuk.
Graphitization (suhu perlakuan luhur 2000 ℃): graphitization sanes prosés diperlukeun pikeun produksi serat karbon, tapi hiji prosés pilihan.Upami modulus elastis tinggi serat karbon diperkirakeun, grafitisasi diperyogikeun;Upami kakuatan serat karbon anu luhur diperkirakeun, grafitisasi henteu diperyogikeun.Dina prosés graphitization, suhu luhur ngajadikeun serat ngabentuk struktur bolong grafit dimekarkeun, sarta struktur ieu terpadu ku gambar pikeun meunangkeun produk ahir.
Halangan téknis anu luhur masihan produk hilir kalayan nilai tambah anu luhur, sareng harga komposit penerbangan 200 kali langkung luhur tibatan sutra atah.Kusabab kasusah luhur persiapan serat karbon jeung prosés kompléks, beuki hilir produk, nu leuwih luhur nilai ditambahkeun.Utamana pikeun komposit serat karbon anu luhur anu dianggo dina widang aeroangkasa, sabab para nasabah hilir gaduh syarat anu ketat pisan dina réliabilitas sareng stabilitas, harga produk ogé nunjukkeun pertumbuhan sababaraha geometri dibandingkeun sareng serat karbon biasa.
waktos pos: Jul-22-2021