Karbon lifi necə hazırlanır?

Bənzər olmayan materialların (lif və qatran) birləşmələrindən ibarət olan karbon lifi, onların dəyişkənliyi və beləliklə, uyğunlaşma qabiliyyəti, kvadrat ölçüsü onların cazibəsinin mərkəzindədir. Bir metal əvəzi olaraq, karbon lifli kompozitlər poladdan on qat daha möhkəmlik təmin edir. Karbon lif istehsalçıları kvadrat ölçüdə oxşar, lakin eyni olmayan məhsullar yaradırlar. Karbon lifi dartılma modulu (və ya sərtlik deformasiya altında deformasiya kimi müəyyən edilir) və dartılma, sıxılma və yorulma gücündə dəyişir.

PAN əsaslı karbon lifi bu günlərdə aşağı modulda (otuz iki milyon lbf/in² və ya Msi-dən az), adi modulda (33 ilə otuz altı Msi), ara modulda (40 ilə əlli Msi), yüksək modulda (50 ilə yetmiş Msi) və ultra yüksək modulda (70 ilə yüz qırx Msi) əldə edilir.
Sadə dillə desək, karbon lifi 1800°F (982.22°C)-dən yüksək temperaturda assosiativ dərəcəli üzvi prekursor lifin assosiativ dərəcəli inert atmosferdə yerdəyişməsi nəticəsində yaranır. Karbon lif istehsalı, lakin inkişaf etmiş bir müəssisə ola bilər.

karbon lifi

Polimerləşmə və İplik

Polimerləşmə

Proses lifin molekulyar onurğasına malik olan xəbərçi adlanan kimyəvi mürəkkəb yem ehtiyatı ilə başlayır. Bu gün yaradılan karbon lifinin yüzdə 100-ə yaxını parça və ya zibil əsaslı prekursorlardan yaradılmışdır, lakin onun böyük hissəsi nitritdən hazırlanmış poliakrilonitrildən (PAN), nitrit isə propan və ammonyak sənaye kimyəvi maddələrindən əldə edilir.

Tipik olaraq, prekursorun hazırlanması, plastikləşdirilmiş akril ko-monomer və turşu, dioksid, vitriol yağı və ya turşu kimi katalizator ilə çox reaktorda birləşdirilən assosiativ dərəcəli nitril birləşməsindən başlayır. Davamlı birləşmə inqrediyentlərin birləşməsinə imkan verir, müəyyən tutarlılıq və saflıq verir və nitritin molekulyar strukturunda sərbəst radikalların əmələ gəlməsinə başlayır. Bu modifikasiya kimyəvi prosesə gətirib çıxarır ki, bu da akril liflər kimi uzun zəncirli polimerlər istehsal edir. Kimyəvi prosesin təfərrüatları, temperatur, atmosfer, xüsusi monomerlər və katalizatorlar, kvadrat ölçü mülkiyyətidir. Yuyulduqdan və qurudulduqdan sonra toz şəklində olan nitrit dim etil sulfid (DMSO), dimetilasetamid (DMAC) və ya dimetilformamid (DMF) kimi əlaqəli dərəcəli üzvi həlledicidə və ya atom nömrəsi 30 xlorid və rodamin duzları kimi əlaqəli dərəcəli maye həlledicidə həll olunur. Üzvi həlledicilər metodun termal aerofil sabitliyinə zərər verə biləcək və hazır lifin istilik performansını gecikdirə biləcək iz metal hissəciklərinin çirklənməsinin qarşısını almağa kömək edir. Bu mərhələdə, toz və həlledici süspansiyon və ya öncül "örtük" şərbətin tutarlılığıdır. Həlledicinin seçilməsi və buna görə də örtüyün pisliyini idarə etmə dərəcəsi (dərinlikdə filtrasiya yolu ilə) lif əmələ gəlməsinin ardıcıl mərhələsinin uğuru üçün vacib şərtdir.
Spinning
PAN lifləri yaş iplik adlanan üsulla hazırlanmış kvadrat ölçüdədir. Kaplama maye təbii proses küvet zamanı batırılır və qiymətli bir spinneret zamanı bir deşik vasitəsilə ekstrüde edilir. Keçid PAN lifinin tələb olunan müxtəlif filamentlərinə uyğunlaşdırılıb (məsələn, 12.000 deşik 12K karbon lifi). Bu nisbətən qalın və kövrək yaş əyirilmiş lif artıq agentdən xilas olmaq üçün rulondan çəkilir, sonra qurudulur və PAN birləşməsinin istiqamətini davam etdirmək üçün dartılır. Burada filamentlərin forması və daxili en kəsiyi seçilmiş həlledici və agentin prekursor liflərə nüfuz etmə dərəcəsi, tətbiq olunan gərginliyin miqdarı, həmçinin filamentlərin pc uzadılması ilə müəyyən edilir. Sonuncu hər bir istehsalçının mülkiyyətidir. Yaş əyirməyə alternativ liflər arasında şaquli hava boşluğundan və həmçinin təbii proses küvetindən istifadə edən quru partlatma/yaş əyirmə adlı qarışıq üsulu ola bilər. Bu, kompozit daxilində lif/matrisli rosin interfeysini gücləndirən parlaq sferik PAN lifinə gətirib çıxarır. PAN prekursor liflərinin formalaşmasında son addım özlü filamentlərin yığılmasını dayandırmaq üçün bitirmə yağlarının istifadəsidir. Ağ PAN lifləri kvadrat ölçüdə daha sonra bir dəfə qurudulur və makaraya sarılır.
karbon lif oksidləşmə sobası

Oksidləşmə və Karbonlaşma

Oksidləşmə

Bu bobinlər kvadrat ölçüdə səbətə yüklənir və ən uzun istehsal, oksidləşmə mərhələsində, PAN lifləri kvadrat ölçüdə bir sıra xüsusi sobalar vasitəsilə qidalanır. Əsas mətbəx cihazına daxil olmamışdan əvvəl, PAN lifləri əyilmə adlanan yedək və ya təbəqə halına gətirir. Kameranın temperaturu 392 °F (təxminən 200 °C) ilə 572 °F (300 dərəcə Selsi) arasında dəyişir.

Qaçan istilik itkisinin qarşısını almaq üçün (oksidləşmə zamanı təxmin edilən entalpiya qoşqusuzluğu, iki 000 kJ/kiloqramla hesablana bilər, Hərəkət Əsl şömine təhlükəsi), mətbəx texnikası istehsalçıları istiliyi və temperaturu idarə etməyə kömək etmək üçün hava axınının yayılmasından istifadə edirlər. Müəyyən bir prekursor kimyəvi tərəfindən idarə olunan oksidləşmə müddəti tamamilə fərqlidir, lakin Littler hesab edir ki, 24K yedəkləmə çoxlu oksidləşmə sobaları olan böyük bir xəttdə dəqiqədə on üç metrə qırx üç fut nisbətində dəyişəcəkdir. Nəhayət, dəyişdirilmiş (sabitləşdirilmiş) PAN lifləri təxminən beş yüzdən altmış beşə qədər karbon molekullarını ehtiva edir, balansı qazdır, atom nömrəsi 7 və O qarışığıdır.
Karbonlaşma
Karbonlaşma bir sıra xüsusi hazırlanmış sobalarda inert (oksigensiz) atmosfer zamanı, prosesin temperaturunu addım-addım artıraraq baş verir. Hər kameranın su anbarında və çıxışında təkmilləşdirmə kamerası O-nun daxil olmasının qarşısını alır, nəticədə mətbəx cihazından keçən hər bir O molekulu lifləri bir qədər çıxarır. Bu, belə bir istilikdə əmələ gələn karbon itkisinin qarşısını ala bilər. O olmadıqda, yalnız qeyri-karbon molekulları, birləşmə ilə birlikdə və müxtəlif uçucu üzvi birləşmələr (qırx-səksən ppm dərəcə səviyyəsində stabilləşdirilmiş) və hissəciklər (məsələn, qismən çökmüş lif parçaları) ətraf mühitə nəzarət edilən sobada sonrakı müalicə üçün mətbəx cihazından çıxarılır və axıdılır. karbonlaşma temperatur kamerası zamanı başlayır, lifləri 1292 °F (təxminən 700 °C) ilə 1472 °F (700 °C - 800 °C)-ə köçürün və istilik kamerası zamanı 2192 °F (təxminən 1200 °C) ilə 2732 °F (təqribən 0 °1, 5) ilə bitir. 1500 ° C). Kameraların sayı karbon lifi daxilində lazım olan modulla müəyyən edilir; yüksək və hədsiz yüksək modullu karbon liflərinin nisbətən yüksək qiyməti qismən istilik sobası tərəfindən əldə edilməli olan davamlılıq və temperaturla bağlıdır. Davamlılıq mülkiyyətçi olsa da və hər bir karbon lifi dərəcəsi tamamilə fərqli olsa da, oksidləşmənin davamlılığı saatlarla hesablanır, lakin karbonlaşma sürəti dəqiqələrdə böyüklük sırası ilə azalır. Lif dəyişdirildikdən sonra çəki və həcmi azaldır, uzunluğu beş ilə 100% qısaldır və diametrini azaldır. Əslində, PAN sələfinin PAN karbon lifinə çevrilmə kəmiyyət əlaqəsi 2:1-ə aiddir və həmçinin yerdəyişmə qabiliyyəti bir cütdən daha kiçikdir - yəni metoda çox az material daxil olur. Bu metodologiya havadan O molekullarını PAN lifləri ilə əyilmə daxilində birləşdirir və birləşmə zəncirlərinin çarpaz bağlanmasına başlayır. Bu, lif sıxlığını ~1,18 g/cc-dən 1,38 g/cc-ə qədər artıracaq.
karbon lifi Karbonlaşma

Səthin işlənməsi və ölçüləri

Səthin işlənməsi və ölçüləri
Növbəti addım lif performansı üçün vacibdir və əlavə olaraq prekursorlar üçün bir təchizatçının məhsulunu rəqiblərin məhsulundan ən yaxşı şəkildə fərqləndirir. Matris üzvi birləşmə və buna görə də karbon lifləri arasında yapışma kompozitin möhkəmləndirilməsi üçün vacibdir; karbon lifi istehsal üsulu boyunca, bu yapışmanı artırmaq üçün səth müalicəsi aparılır.

İstehsalçılar tamamilə fərqli müalicə üsullarından istifadə edirlər, lakin standart texnika dezinfeksiyaedici və ya turşu kimi cavabı ehtiva edən kimyəvi və ya hüceyrə vasitəsilə lifləri çəkməkdir. Bu materiallar hər bir filamentin səthini çap edir və ya dəyişdirir, bu da səth lifi/matris bağlanması üçün əlçatan olan genişliyi artıracaq və karboksil turşuları kimi reaktiv kimyəvi qrupları əlavə edəcəkdir. Sonra, ölçülər kimi tanınan son dərəcə xüsusi bir örtük tətbiq edin. Karbon lifinin çəkisinin 0,5%-dən 5-ə qədər olan ölçü, proses və proses (məsələn, toxuculuq) boyunca karbon liflərini quru parça və prepreg kimi assosiativ aralıq növdə qoruyur. Ölçü, tükləri kəsmək, proses qabiliyyətini yaxşılaşdırmaq və liflər və buna görə də matrisin üzvi birləşmələri arasında səthi kəsmə gücünü artırmaq üçün mono filamentləri əlavə olaraq saxlayır.

Göndərmə vaxtı: 01 noyabr 2018-ci il
WhatsApp Onlayn Söhbət!