HOE OM KOOLSTOFVESEEL TE MAAK?

Koolstofvesel, saamgestel uit kombinasies van verskillende materiale (vesel en hars), hul veranderlikheid, en dus aanpasbaarheid, is sentraal tot hul sjarme. As 'n metaalvervanger bied koolstofvesel-komposiete tien keer die sterkte van staal. Koolstofveselprodusente skep produkte wat soortgelyk is, maar nie identies nie. Koolstofvesel wissel in trekmodulus (of styfheid bepaal as vervorming onder spanning) en trek-, druk- en moegheidssterkte.

Kontak Ons

PAN-gebaseerde koolstofvesel is deesdae beskikbaar in lae modulus (minder as twee-en-dertig miljoen lbf/in² of Msi), standaardmodulus (33 tot ses-en-dertig Msi), intermediêre modulus (40 tot vyftig Msi), hoë modulus (50 tot sewentig Msi) en ultrahoë modulus (70 tot 140 Msi).
In eenvoudigste terme word koolstofvesel geskep deur die verskuiwing van organiese voorlopervesel van geassosieerde graad in 'n inerte atmosfeer by temperature hoër as 1800°F (982.22°C). Koolstofveselvervaardiging is egter 'n gevorderde onderneming.

Polimerisasie en Spinning

Polimerisasie

Die proses begin met 'n chemiese saamgestelde voermateriaal wat 'n voorloper genoem word, wat die molekulêre ruggraat van die vesel het. Vandag word ongeveer 100 persent van die koolstofvesel wat vervaardig word, gemaak van materiaal- of pikgebaseerde voorlopers, maar die meeste daarvan kom van poliakrilonitriel (PAN), vervaardig van nitriet, en nitriet kom van die industriële chemikalieë propaan en ammoniak.

Tipies begin die voorloperformulering met 'n geassosieerde graad nitrilverbinding wat in 'n reaktor gekombineer word met 'n geplastifiseerde akriel-ko-monomeer en 'n katalisator soos suur, dioksied, olie van vitriool of suur. Deurlopende kombinering laat die bestanddele toe om te kombineer, wat versekerde konsekwentheid en suiwerheid verseker, en die vorming van vrye radikale binne die molekulêre struktuur van nitriet begin. Hierdie modifikasie lei tot 'n chemiese proses wat langkettingpolimere produseer wat akrielvesels vorm. Besonderhede van die chemiese proses, soos temperatuur, atmosfeer, spesifieke ko-monomere en katalisators, is eie aan die eiendom. Na was en droog word die nitriet in poeiervorm opgelos in 'n geassosieerde graad organiese oplosmiddel soos dimetielsulfied (DMSO), dimetielasetamied (DMAC) of dimetielformamied (DMF), of 'n geassosieerde graad vloeibare oplosmiddel, soos atoomgetal 30 chloried en rhodamiensoute. Organiese oplosmiddels help om spoormetaaldeeltjiekontaminasie te vermy, wat die termiese aërofiele stabiliteit van die proses kan benadeel en die hitteprestasie van die voltooide vesel kan vertraag. In hierdie stadium is die poeier- en oplosmiddelsuspensie of voorloper-"bedekking" die konsekwentheid van die stroop. Die keuse van oplosmiddel en dus die mate van beheer van die wreedheid van die deklaag (deur deeglike filtrasie) is noodsaaklik vir die sukses van die volgende stadium van veselvorming.
Spin
PAN-vesels word gevorm deur 'n metode genaamd natspin. Die deklaag word in 'n vloeibare organiese prosesbad gedompel en deur 'n gat in 'n spindop van waardevolle materiaal geëxtrudeer. Die opening word aangepas by die vereiste aantal filamente van die PAN-vesel (bv. 12 000 gate van 12K koolstofvesel). Hierdie relatief dik en bros natgespinde vesel word deur 'n roller getrek om oortollige middel te verwyder, dan gedroog en gerek om die oriëntasie van die PAN-verbinding voort te sit. Hier word die vorm en interne deursnit van die filamente bepaal deur die mate waarin die gekose oplosmiddel en middel die voorlopervesels binnedring, die hoeveelheid spanning wat toegepas word, en die pc-verlenging van die filamente. Laasgenoemde is eie aan elke vervaardiger. 'n Alternatief vir natspin kan 'n gemengde metode wees genaamd droë blaas/natspin, wat 'n vertikale lugspleet tussen die vesels en die organiese prosesbad gebruik. Dit lei tot 'n slanke sferiese PAN-vesel wat die vesel/matriks-hars-koppelvlak binne die komposiet verbeter. Die laaste stap in die vorming van PAN-voorlopervesels is die gebruik van afwerkingsolies om te verhoed dat viskose filamente agglomereer. Die wit PAN-vesels word dan weer gedroog en op 'n spoel gewikkel.

Oksidasie en Karbonisering

Oksidasie

Hierdie spoele word in die mandjie gelaai, en binne die langste produksie-, oksidasiefase, word PAN-vesels deur 'n reeks toegewyde oonde gevoer. Voordat hulle die primêre kombuistoestel binnegaan, word die PAN-vesels in 'n tou of vel gevul, wat 'n skering genoem word. Die kamertemperatuur wissel van 392 °F (ongeveer 200 °C) tot 572 °F (300 grade Celsius).

Om weghol-hitte-onharnas te vermy (geskatte entalpie-onharnas tydens oksidasie, bereken teen 2 000 kJ / kilogram, beweeg die werklike kaggelrisiko), gebruik kombuistoestelvervaardigers 'n verskeidenheid lugvloei-style om hitte te versprei en temperatuur te beheer. Aangedryf deur 'n spesifieke voorloperchemikalie, is die oksidasietyd heeltemal anders, maar Littler skat dat die 24K-traagheid teen 'n tempo van ongeveer 43 voet per 13 meter per minuut op 'n oormaat lyn met verskeie oksidasie-oonde verander sal word. Laastens bevat die veranderlike (gestabiliseerde) PAN-vesels van ongeveer 500 tot ongeveer 65 koolstofmolekules, met die res gas, 'n mengsel van atoomgetal 7 en O.
Karbonisering
Karbonisering vind plaas tydens 'n inerte (suurstofvrye) atmosfeer in 'n reeks spesiaal ontwerpte oonde, wat die prosestemperatuur stap vir stap verhoog. By die watermassa en uitlaat van elke kamer voorkom die verbeteringskamer O2-indringing, aangesien elke O2-molekule wat deur die kombuistoestel beweeg, 'n bietjie van die vesels verwyder. Dit kan die verlies van koolstof wat by so 'n hitte gegenereer word, voorkom. In die afwesigheid van O2 word slegs nie-koolstofmolekules, tesame met verbindings en ander vlugtige organiese verbindings (gestabiliseer teen 'n vlak van veertig tot tagtig dpm) en partikels (soos gedeeltelik neergelegde veselfragmente) verwyder en uit die kombuistoestel vir nabehandeling in 'n omgewingsbeheerde oond vrygestel. Karbonisering begin in 'n temperatuurkamer, waar die vesels na 1292 °F (ongeveer 700 °C) tot 1472 °F (700 °C tot 800 °C) oorgedra word en eindig in 'n hittekamer by 2192 °F (ongeveer 1 200 °C) tot 2732 °F (ongeveer 1 500 °C). 1500 °C). Die aantal kamers word bepaal deur die modulus wat binne die koolstofvesel benodig word; die relatief hoë prys van die hoë en oormatige hoë modulus koolstofvesels is gedeeltelik te wyte aan die kontinuïteit en temperatuur wat deur die hitteoond bereik moet word. Alhoewel die kontinuïteit eie is en elke koolstofveselgraad heeltemal anders is, word die oksidasiekontinuïteit in ure bereken, maar die karboniseringstempo word met 'n orde van grootte in minute verminder. Sodra die vesel van toestand verander, verminder dit gewig en volume, verkort die lengte met vyf tot 100% en verminder die deursnee. Trouens, die omskakelingskwantitative verhouding van die PAN-voorloper tot die PAN-koolstofvesel is ongeveer 2:1 en die verplasingsvermoë is 'n kleiner hoeveelheid as twee - dit wil sê, baie minder materiaal kom in die proses in. Hierdie metode kombineer O2-molekules uit die lug met PAN-vesels in die skering en begin kruisbinding van die verbindingskettings. Dit sal die veseldigtheid verhoog van ~1.18 g / cc tot 1.38 g / cc.

Oppervlakbehandeling en groottebepaling

Oppervlakbehandeling en groottebepaling
Die volgende stap is noodsaaklik vir veselprestasie, en benewens die voorlopers, onderskei dit een verskaffer se produk die beste van mededingers se produk. Die adhesie tussen die matriks organiese verbinding en dus die koolstofvesels is noodsaaklik vir die versterking van die komposiet; dwarsdeur die koolstofveselproduksieproses word 'n oppervlakbehandeling uitgevoer om hierdie adhesie te verbeter.

Plasingstyd: 1 Nov 2018

Hoe om koolstofvesel te maak?

HOE OM KOOLSTOFVESEEL TE MAAK?

Polimerisasie en Spinning

Oksidasie en Karbonisering

Oppervlakbehandeling en groottebepaling