COMO FACER FIBRA DE CARBONO?

A fibra de carbono, composta por combinacións de materiais diferentes (fibra e resina), a súa variabilidade e, polo tanto, a súa capacidade de adaptación son fundamentais para o seu encanto. Como substitutos do metal, os compostos de fibra de carbono ofrecen dez veces a resistencia do aceiro. Os fabricantes de fibra de carbono crean produtos similares pero non idénticos. A fibra de carbono varía en módulo de tracción (ou rixidez determinada como deformación baixo tensión) e resistencia á tracción, compresión e fatiga.

Contacta connosco

A fibra de carbono baseada en PAN está dispoñible hoxe en día en módulo baixo (menos de trinta e dous millóns de lbf/in² ou Msi), módulo estándar (de 33 a 36 Msi), módulo intermedio (de 40 a 50 Msi), módulo alto (de 50 a 70 Msi) e módulo ultraalto (de 70 a 140 Msi).
En termos máis sinxelos, a fibra de carbono créase mediante o cambio de fibra precursora orgánica de grao asociado nunha atmosfera inerte a temperaturas superiores a 1800 °F (982,22 °C). Non obstante, a fabricación de fibra de carbono pode ser unha empresa complexa.

Polimerización e fiación

Polimerización

O proceso comeza cun composto químico de alimentación denominado precursor que contén a columna vertebral molecular da fibra. Hoxe en día, arredor do 100 % da fibra de carbono creada provén de precursores a base de tea ou brea, pero a maior parte provén do poliacrilonitrilo (PAN), fabricado a partir de nitrito, e o nitrito provén dos produtos químicos industriais propano e amoníaco.

Normalmente, a formulación do precursor comeza cun composto de nitrito de grao asociado que se combina nun reactor cun monómero acrílico plastificado e un catalizador como ácido, dióxido, aceite de vitriolo ou ácido. A combinación continua permite que os ingredientes se combinen, creando unha certa consistencia e pureza e iniciando a formación de radicais libres na estrutura molecular do nitrito. Esta modificación resulta nun proceso químico que produce polímeros de cadea longa que forman fibras acrílicas. Os detalles do proceso químico, como a temperatura, a atmosfera, os monómeros e catalizadores específicos, son de propiedade propia. Despois da lavada e o secado, o nitrito en forma de po disólvese nun solvente orgánico como sulfuro de dimetilo (DMSO), dimetilacetamida (DMAC) ou dimetilformamida (DMF), ou nun solvente líquido, como cloruro de número atómico 30 e sales de rodamina. Os solventes orgánicos axudan a evitar a contaminación por partículas metálicas traza, que poden prexudicar a estabilidade aerófila térmica do proceso e atrasar o rendemento térmico da fibra acabada. Nesta fase, a suspensión de po e solvente ou o "revestimento" do precursor ten a consistencia do xarope. A selección do solvente e, polo tanto, o grao de control da agresividade do revestimento (mediante filtración en profundidade) son vitais para o éxito das sucesivas etapas de formación da fibra.
Xirando
As fibras PAN fórmanse mediante un método chamado fiado en húmido. O revestimento mergúllase nunha bañeira de proceso líquido e extrúese a través dun orificio nunha fiadora fabricada con madeira prexida. A pasaxe adáptase á cantidade requirida de filamentos da fibra PAN (por exemplo, 12 000 orificios de fibra de carbono de 12 K). Esta fibra fiada en húmido, relativamente grosa e fráxil, pásase por un rolo para eliminar o exceso de axente, logo sécase e estírase para continuar a orientación do composto PAN. Aquí, a forma e a sección transversal interna dos filamentos dependen da medida en que o disolvente e o axente escollidos penetran nas fibras precursoras, a cantidade de tensión aplicada e o alongamento por polgada dos filamentos. Esta última é propiedade de cada fabricante. Unha alternativa ao fiado en húmido podería ser un método de mestura chamado chorro de aire en seco/fiado en húmido, que utiliza un espazo de aire vertical entre as fibras e a bañeira de proceso. Isto leva a unha elegante fibra PAN esférica que mellora a interface fibra/matriz de resina dentro do composto. O paso final na formación de fibras precursoras de PAN é o uso de aceites de acabado para evitar que os filamentos viscosos se aglomeren. As fibras brancas de PAN sécanse de novo e enrólanse nun carrete.

Oxidación e carbonización

Oxidación

Estas bobinas cárganse na cesta e, na fase de produción máis longa, a de oxidación, as fibras de PAN aliméntanse a través dunha serie de fornos dedicados. Antes de entrar no electrodoméstico principal da cociña, as fibras de PAN acomodanse nun halo ou folla chamada urdime. A temperatura da cámara oscila entre os 200 °C e os 300 graos Celsius.

Para evitar o descontrol da calor por fugas (descontrol da entalpía estimado durante a oxidación, calculable en 2.000 kJ/quilogramo, o que significa o risco real dos fornos de combustión), os fabricantes de electrodomésticos empregan unha distribución de fluxo de aire para axudar a disipar a calor e controlar a temperatura. Impulsado por un precursor químico específico, o tempo de oxidación é diferente, pero Littler estima que o estopa de 24K se transformará a unha velocidade duns 43 pés por 13 metros por minuto nunha liña de gran tamaño con varios fornos de oxidación. Finalmente, as fibras PAN alteradas (estabilizadas) conteñen de aproximadamente 500 a aproximadamente 65 moléculas de carbono, sendo o resto gas, unha mestura de 7 e O.
Carbonización
A carbonización ocorre nunha atmosfera inerte (libre de osíxeno) nunha serie de fornos especialmente deseñados, que aumentan paso a paso a temperatura do proceso. Na masa de auga e na saída de cada cámara, a cámara de mellora impide a intrusión de O porque cada molécula de O que pasa polo electrodoméstico elimina parte das fibras. Isto pode evitar a perda de carbono xerada a tal calor. En ausencia de O, só as moléculas non carbonizadas, incluíndo compostos e outros compostos orgánicos volátiles (estabilizados a un nivel de grao de 40 a 80 ppm) e partículas (como fragmentos de fibra parcialmente depositados) elimínanse e descárganse do electrodoméstico para o seu postratamento nun forno ambientalmente controlado. A carbonización comeza nunha cámara de temperatura, transfire as fibras a 1292 °F (aprox. 700 °C) a 1472 °F (aprox. 700 °C) e remata nunha cámara de calor a 2192 °F (aprox. 1200 °C) a 2732 °F (aprox. 1500 °C). 1500 °C). O número de cámaras decídese polo módulo necesario dentro da fibra de carbono; o prezo comparativamente alto das fibras de carbono de módulo alto e excesivamente alto débese en parte á duración e á temperatura que ten que alcanzar o forno de calor. Aínda que a duración é propietaria e cada grao de fibra de carbono é diferente, a duración da oxidación calcúlase en horas, pero a taxa de carbonización redúcese nunha orde de magnitude en minutos. Unha vez que a fibra cambia de estado, reduce o peso e o volume, acurta a lonxitude entre un 5 e un 100 % e reduce o diámetro. De feito, a relación cuantitativa de conversión do precursor de PAN á fibra de carbono PAN é de aproximadamente 2:1 e a capacidade de desprazamento é menor que a de dous, é dicir, entra moito menos material no proceso. Este método combina moléculas de O do aire con fibras de PAN dentro da urdime e inicia a reticulación das cadeas compostas. Isto aumenta a densidade da fibra de ~1,18 g/cc ata 1,38 g/cc.

Tratamento superficial e dimensionamento

Tratamento superficial e dimensionamento
O seguinte paso é esencial para o rendemento da fibra e, ademais dos precursores, é o que mellor distingue o produto dun provedor do produto da competencia. A adhesión entre o composto orgánico da matriz e, polo tanto, as fibras de carbono son esenciais para reforzar o composto; durante todo o método de produción de fibra de carbono, realízase un tratamento superficial para impulsar esta adhesión.

Data de publicación: 01-11-2018

Como facer fibra de carbono?

COMO FACER FIBRA DE CARBONO?

Polimerización e fiación

Oxidación e carbonización

Tratamento superficial e dimensionamento