ЯК ЗРАБІЦЬ ВУГЛЯРОДНАЕ ВАЛАКНО?

Вугляроднае валакно, якое складаецца з камбінацый розных матэрыялаў (валакна і смалы), яго зменлівасць і, такім чынам, магчымасць адаптацыі да розных мадэляў з'яўляюцца галоўнымі рысамі яго прывабнасці. Як замена металу, вугляродныя кампазіты забяспечваюць у дзесяць разоў большую трываласць, чым сталь. Вытворцы вугляроднага валакна ствараюць прадукцыю, падобныя, але не ідэнтычныя. Вугляроднае валакно адрозніваецца па модулю расцяжэння (або калянасці, вызначанай як дэфармацыя пад напружаннем), а таксама па трываласці на расцяжэнне, сціск і стомленасць.

Звяжыцеся з намі

У нашы дні вугляроднае валакно на аснове PAN даступна з нізкім модулем пругкасці (менш за трыццаць два мільёны фунтаў на цалю або Msi), звычайным модулем (ад 33 да трыццаці шасці Msi), сярэднім модулем (ад 40 да 50 Msi), высокім модулем (ад 50 да 70 Msi) і звышвысокім модулем (ад 70 да 140 Msi).
Прасцей кажучы, вугляроднае валакно ствараецца шляхам перамяшчэння арганічнага валакна-папярэдніка ў інертнай атмасферы пры тэмпературах вышэй за 1800°F (982,22°C). Аднак вытворчасць вугляроднага валакна можа быць складанай галіной.

Палімерызацыя і прадзенне

Палімерызацыя

Працэс пачынаецца з хімічнай змешанай сыравіны, якая называецца папярэднікам і мае малекулярную аснову валакна. Сёння каля 100 працэнтаў вырабленага вугляроднага валакна вырабляецца з тканіны або папярэднікаў на аснове смалы, аднак большая частка яго паходзіць з поліакрыланітрылу (ПАН), які вырабляецца з нітрыту, а нітрыт паходзіць з прамысловых хімікатаў прапану і аміяку.

Звычайна падрыхтоўка папярэдніка пачынаецца з нітрыльнага злучэння вышэйшай ступені, якое змешваецца ў рэактары з пластыфікаваным акрылавым саманамерам і каталізатарам, такім як кіслата, дыяксід, алей вітрыёлу або кіслата. Бесперапыннае змешванне дазваляе інгрэдыентам злучацца, забяспечваючы пэўную кансістэнцыю і чысціню, і ініцыюючы ўтварэнне свабодных радыкалаў у малекулярнай структуры нітрыту. Гэтая мадыфікацыя прыводзіць да хімічнага працэсу, які ўтварае доўгаланцуговыя палімеры, што ўтвараюць акрылавыя валокны. Падрабязнасці хімічнага працэсу, такія як тэмпература, атмасфера, канкрэтныя саманамеры і каталізатары, з'яўляюцца запатэнтаванымі. Пасля мыцця і сушкі нітрыт у выглядзе парашка раствараецца ў арганічным растваральніку вышэйшай ступені, такім як дыметылсульфід (ДМСО), дыметылацэтамід (ДМАК) або дыметылфармамід (ДМФ), або ў вадкім растваральніку вышэйшай ступені, такім як хларыд з атамным нумарам 30 і солі родаміну. Арганічныя растваральнікі дапамагаюць пазбегнуць забруджвання слядамі металічных часціц, якія могуць пашкодзіць тэрмічнай аэрафільнай стабільнасці працэсу і запаволіць цеплавыя характарыстыкі гатовага валакна. На гэтым этапе суспензія парашка і растваральніка або «пакрыццё» папярэдніка мае кансістэнцыю сіропу. Выбар растваральніка і, адпаведна, ступень кантролю за шчыльнасцю пакрыцця (праз глыбокую фільтрацыю) маюць вырашальнае значэнне для поспеху наступнага этапу фарміравання валакна.
Спінінг
Валакна PAN вырабляюцца метадам, які называецца мокрым прадзеннем. Пакрыццё апускаецца ў ванну з вадкім працэсам і экструдуецца праз адтуліну ў фільеры, вырабленай з каштоўных металаў. Праход падбіраецца ў адпаведнасці з неабходнай колькасцю нітак валакна PAN (напрыклад, 12 000 адтулін у вугляродным валакне 12K). Гэта адносна тоўстае і далікатнае вільготнае прадзенае валакно прапускаецца праз ролік для выдалення лішняга агента, затым сушыцца і расцягваецца, каб захаваць арыентацыю кампазіцыі PAN. Тут форма і ўнутраны папярочны сячэнне нітак вызначаюцца ступенню пранікнення абранага растваральніка і агента ў валокны-папярэднікі, колькасцю прыкладзенага нацяжэння і падаўжэннем нітак у палачках. Апошняе з'яўляецца ўласнасцю кожнага вытворцы. Альтэрнатывай мокраму прадзенню можа быць змяшаны метад, які называецца сухой апрацоўкай/мокрым прадзеннем, які выкарыстоўвае вертыкальны паветраны зазор паміж валокнамі і ваннай з вадкім працэсам. Гэта прыводзіць да атрымання гладкага сферычнага валакна PAN, якое паляпшае інтэрфейс паміж валакном і матрычнай каніфоллю ў кампазіце. Апошнім этапам утварэння валокнаў-папярэднікаў PAN з'яўляецца выкарыстанне аздабленчых алеяў для прадухілення агламерацыі глейкіх нітак. Затым белыя валокны PAN зноў сушаць і намотваюць на шпульку.

Акісленне і карбанізацыя

Акісленне

Гэтыя шпулькі загружаюцца ў кошык, і на працягу самай доўгай вытворчасці, стадыі акіслення, валокны PAN праходзяць праз шэраг спецыяльных печаў. Перад тым, як паступіць у асноўны кухонны прыбор, валокны PAN згортваюцца ў кудзелю або ліст, які называецца асновай. Тэмпература ў камеры вагаецца ад 392 °F (каля 200 °C) да 572 °F (300 градусаў Цэльсія).

Каб пазбегнуць некантраляванага вызвалення цяпла (арыенціровачнае вызваленне энтальпіі падчас акіслення, якое вылічваецца ў 2000 кДж/кілаграм, што з'яўляецца сапраўднай небяспекай камінаў), вытворцы кухоннай тэхнікі выкарыстоўваюць размеркаванне патокаў паветраных тыпаў, каб дапамагчы рассейваць цяпло і кантраляваць тэмпературу. З-за пэўнага хімічнага рэчыва-папярэдніка час акіслення адрозніваецца, але Літлер ацэньвае, што 24K валакно будзе змяняцца са хуткасцю каля 43 футаў на 13 метраў у хвіліну на вялікай лініі з некалькімі акісляльнымі печамі. Нарэшце, альтэрнатыўныя (стабілізаваныя) валокны PAN утрымліваюць ад 500 да 65 малекул вугляроду, а астатняе - газ, сумесь атамнага нумара 7 і O.
Карбанізацыя
Карбанізацыя адбываецца ў інертнай (безкіслароднай) атмасферы ў серыі спецыяльна распрацаваных печаў, паступова павялічваючы тэмпературу працэсу. У вадзяным басейне і на выхадзе з кожнай камеры камера паляпшэння прадухіляе пранікненне O, бо кожная малекула O, якая праходзіць праз прыбор, выдаляе частку валокнаў. Гэта можа прадухіліць страту вугляроду, які ўтвараецца пры такой тэмпературы. Пры адсутнасці O выдаляюцца толькі невугляродныя малекулы, у тым ліку злучэнні і іншыя лятучыя арганічныя злучэнні (стабілізаваныя на ўзроўні ад 40 да 80 праміле) і часціцы (напрыклад, часткова адкладзеныя фрагменты валокнаў) і выгружаюцца з прыбора для наступнай апрацоўкі ў печы з кантраляваным навакольным асяроддзем. Карбанізацыя пачынаецца ў тэмпературнай камеры, перамяшчаючы валокны да 700–800 °C і заканчваецца ў тэрмакамеры пры тэмпературы ад 1200 °C да 1500 °C. 1500°C). Колькасць камер вызначаецца модулем, неабходным для вугляроднага валакна; параўнальна высокі кошт вугляродных валокнаў з высокім і ўмераным высокім модулем часткова абумоўлены працягласцю і тэмпературай, якія павінны быць дасягнуты ў награвальнай печы. Нягледзячы на тое, што працягласць з'яўляецца запатэнтаванай, і кожны гатунак вугляроднага валакна цалкам адрозніваецца, працягласць акіслення вылічваецца ў гадзінах, аднак хуткасць карбанізацыі зніжаецца на парадак у хвілінах. Пасля змены стану валакна яно памяншае вагу і аб'ём, скарачае даўжыню на 5-100% і памяншае дыяметр. Фактычна, колькаснае суадносіны пераўтварэння папярэдніка PAN у вугляроднае валакно PAN складае прыкладна 2:1, а здольнасць да выцяснення меншая, чым у пары, гэта значыць, у працэс уваходзіць значна менш матэрыялу. Гэты метад злучае малекулы O з паветра з валокнамі PAN у аснове і ініцыюе зшыванне злучаных ланцугоў. Гэта павялічвае шчыльнасць валакна з ~1,18 г/куб.см да 1,38 г/куб.см.

Апрацоўка паверхні і праклейка

Апрацоўка паверхні і праклейка
Наступны крок мае важнае значэнне для характарыстык валакна, і, акрамя папярэднікаў, ён найлепшым чынам адрознівае прадукт аднаго пастаўшчыка ад прадукту канкурэнтаў. Адгезія паміж матрычным арганічным злучэннем і, такім чынам, вугляроднымі валокнамі мае важнае значэнне для ўзмацнення кампазіта; на працягу ўсяго працэсу вытворчасці вугляроднага валакна праводзіцца павярхоўная апрацоўка для павышэння гэтай адгезіі.

Час публікацыі: 1 лістапада 2018 г.

Як зрабіць вугляроднае валакно?

ЯК ЗРАБІЦЬ ВУГЛЯРОДНАЕ ВАЛАКНО?

Палімерызацыя і прадзенне

Акісленне і карбанізацыя

Апрацоўка паверхні і праклейка