COM ES FA FIBRA DE CARBONI?

La fibra de carboni, composta per combinacions de materials diferents (fibra i resina), la seva variabilitat i, per tant, la seva adaptabilitat, són fonamentals per al seu encant. Com a substitut del metall, els compostos de fibra de carboni ofereixen deu vegades la resistència de l'acer. Els fabricants de fibra de carboni creen productes similars però no idèntics. La fibra de carboni varia en mòdul de tracció (o rigidesa determinada com a deformació sota tensió) i resistència a la tracció, la compressió i la fatiga.

Contacta amb nosaltres

La fibra de carboni basada en PAN està disponible actualment en mòdul baix (menys de trenta-dos milions de lbf/in² o Msi), mòdul estàndard (de 33 a 36 Msi), mòdul intermedi (de 40 a 50 Msi), mòdul alt (de 50 a 70 Msi) i mòdul ultraalt (de 70 a 140 Msi).
En termes més senzills, la fibra de carboni es crea mitjançant el canvi de fibra precursora orgànica en una atmosfera inert a temperatures superiors a 982,22 °C (1800 °F). La fabricació de fibra de carboni, però, pot ser una empresa complexa.

Polimerització i filatura

Polimerització

El procés comença amb un compost químic anomenat precursor que té la columna vertebral molecular de la fibra. Avui dia, aproximadament el 100% de la fibra de carboni creada es fabrica a partir de precursors a base de tela o brea, però la major part prové del poliacrilonitril (PAN), fabricat a partir de nitrit, i el nitrit prové dels productes químics industrials propà i amoníac.

Normalment, la formulació del precursor comença amb un compost de nitril de grau associat que es combina en un reactor amb un monòmer acrílic plastificat i un catalitzador com ara àcid, diòxid, oli de vitriol o àcid. La combinació contínua permet que els ingredients es combinin, assegurant una consistència i puresa determinades, i iniciant la formació de radicals lliures dins de l'estructura molecular del nitrit. Aquesta modificació dóna lloc a un procés químic que produeix polímers de cadena llarga que formen fibres acríliques. Els detalls del procés químic, com la temperatura, l'atmosfera, els monòmers i catalitzadors específics, són patentats. Després del rentat i l'assecat, el nitrit en forma de pols es dissol en un dissolvent orgànic com el sulfur de dietil (DMSO), la dimetilacetamida (DMAC) o la dimetilformamida (DMF), o en un dissolvent líquid, com el clorur de número atòmic 30 i les sals de rodamina. Els dissolvents orgànics ajuden a evitar la contaminació per partícules metàl·liques traça, que poden perjudicar l'estabilitat aeròfila tèrmica del procés i retardar el rendiment tèrmic de la fibra acabada. En aquesta etapa, la suspensió de pols i dissolvent o el "recobriment" del precursor té la consistència del xarop. La selecció del dissolvent i, per tant, el grau de control de la malícia del recobriment (mitjançant filtració en profunditat) són vitals per a l'èxit de les etapes successives de formació de la fibra.
Filatura
Les fibres PAN es formen mitjançant un mètode anomenat filatura humida. El recobriment s'immergeix en un bany de procés orgànic líquid i s'extrudeix a través d'un forat en una filera fabricada amb metall preciós. El pas s'adapta a la quantitat necessària de filaments de la fibra PAN (per exemple, 12.000 forats de fibra de carboni 12K). Aquesta fibra filada humida relativament gruixuda i fràgil s'estira a través d'un corró per eliminar l'excés d'agent, després s'asseca i s'estira per continuar l'orientació del compost PAN. Aquí, la forma i la secció transversal interna dels filaments depenen de la mesura en què el dissolvent i l'agent escollits penetren a les fibres precursores, la quantitat de tensió aplicada i l'allargament per polzada dels filaments. Aquesta última és propietat de cada fabricant. Una alternativa a la filatura humida podria ser un mètode de barreja anomenat granallat sec/filatura humida, que utilitza un espai d'aire vertical entre les fibres i el bany de procés. Això condueix a una fibra PAN esfèrica elegant que millora la interfície fibra/matriu de colofònia dins del compost. El pas final en la formació de fibres precursores de PAN és l'ús d'olis d'acabat per evitar que els filaments viscosos s'aglomerin. Les fibres PAN blanques s'assequen de nou i s'enrotllen en un rodet.

Oxidació i carbonització

Oxidació

Aquestes bobines es carreguen a la cistella i, en la fase de producció més llarga, l'etapa d'oxidació, les fibres de PAN s'alimenten a través d'una sèrie de forns dedicats. Abans d'entrar a l'electrodomèstic principal de la cuina, les fibres de PAN s'acoblen en un cable o làmina anomenada urdimbre. La temperatura de la cambra oscil·la entre els 200 °C i els 300 graus Celsius.

Per evitar el descontrol de calor descontrolat (descontrol d'entalpia estimat durant l'oxidació, calculable en 2.000 kJ/quilogram, és a dir, el risc real de les xemeneies), els fabricants d'electrodomèstics de cuina utilitzen una distribució de flux d'aire per ajudar a dissipar la calor i controlar la temperatura. Impulsat per un precursor químic específic, el temps d'oxidació és diferent, però Littler estima que el cable de 24K es transformarà a una velocitat d'uns 43 peus per 13 metres per minut en una línia de grans dimensions amb diversos forns d'oxidació. Finalment, les fibres PAN altes (estabilitzades) contenen entre una cinc-centena i una seixanta-cinquena molècula de carboni, i la resta és gas, una barreja de 7 i O.
Carbonització
La carbonització es produeix durant una atmosfera inert (sense oxigen) en una sèrie de forns especialment dissenyats, augmentant gradualment la temperatura del procés. A la massa d'aigua i a la sortida de cada cambra, la cambra de millora impedeix la intrusió d'O2, ja que cada molècula d'O2 que passa a través de l'aparell elimina una part de les fibres. Això pot evitar la pèrdua de carboni generada a aquesta temperatura. En absència d'O2, només les molècules no carboníferes, incloent-hi compostos i altres compostos orgànics volàtils (estabilitzats a un nivell de 40 a 80 ppm) i partícules (com ara fragments de fibra parcialment dipositats), s'eliminen i es descarreguen de l'aparell per al seu posttractament en un forn ambientalment controlat. La carbonització comença en una cambra de temperatura, transfereix les fibres a 700 °C a 800 °C i acaba en una cambra de calor a 1.200 °C a 1.500 °C. 1500 °C). El nombre de cambres es decideix pel mòdul necessari dins de la fibra de carboni; el preu relativament alt de les fibres de carboni d'alt i immoderat mòdul alt es deu en part a la permanència i la temperatura que ha d'aconseguir el forn de calor. Tot i que la permanència és patentada i cada grau de fibra de carboni és completament diferent, la permanència d'oxidació es calcula en hores, però la taxa de carbonització es redueix en un ordre de magnitud en minuts. Un cop la fibra canvia d'estat, redueix el pes i el volum, escurça la longitud entre un 5 i un 100% i redueix el diàmetre. De fet, la relació quantitativa de conversió del precursor de PAN a la fibra de carboni PAN és d'aproximadament 2:1 i la capacitat de desplaçament és menor que la d'un parell, és a dir, entra molt menys material al procés. Aquest mètode combina molècules d'O de l'aire amb fibres de PAN dins de l'ordit i inicia l'enreixament de les cadenes compostes. Això augmentarà la densitat de la fibra d'aproximadament 1,18 g/cc fins a 1,38 g/cc.

Tractament superficial i dimensionament

Tractament superficial i dimensionament
El següent pas és essencial per al rendiment de la fibra i, a més dels precursors, és el que millor distingeix el producte d'un proveïdor del producte de la competència. L'adhesió entre el compost orgànic de la matriu i, per tant, les fibres de carboni és essencial per reforçar el compost; durant tot el mètode de producció de fibra de carboni, es realitza un tractament superficial per augmentar aquesta adhesió.

Data de publicació: 01-11-2018

Com es fa fibra de carboni?

COM ES FA FIBRA DE CARBONI?

Polimerització i filatura

Oxidació i carbonització

Tractament superficial i dimensionament