કાર્બન ફાઇબર કેવી રીતે બનાવશો?

કાર્બન ફાઇબર, જે વિવિધ સામગ્રી (ફાઇબર અને રેઝિન) ના સંયોજનોથી બનેલું છે, તેમની પરિવર્તનશીલતા, અને તેથી, અનુરૂપતા, તેમના આકર્ષણનું કેન્દ્રબિંદુ છે. ધાતુના રિપ્લેસમેન્ટ તરીકે, કાર્બન ફાઇબર કમ્પોઝીટ સ્ટીલ કરતાં દસ ગણી મજબૂતાઈ પૂરી પાડે છે. કાર્બન ફાઇબર ઉત્પાદકો એવા ઉત્પાદન બનાવે છે જે સમાન હોય છે પરંતુ સમાન નથી. કાર્બન ફાઇબર ટેન્સાઇલ મોડ્યુલસ (અથવા સ્ટ્રેન હેઠળ વિકૃતિ તરીકે નક્કી કરાયેલ જડતા) અને ટેન્સાઇલ, કમ્પ્રેશન અને થાક શક્તિમાં બદલાય છે.

અમારો સંપર્ક કરો

આજકાલ PAN-આધારિત કાર્બન ફાઇબર ઓછા મોડ્યુલસ (બત્રીસ મિલિયન lbf/in² અથવા Msi કરતા ઓછા), સામાન્ય મોડ્યુલસ (33 થી છત્રીસ Msi), મધ્યવર્તી મોડ્યુલસ (40 થી પચાસ Msi), ઉચ્ચ મોડ્યુલસ (50 થી સિત્તેર Msi) અને અલ્ટ્રાહાઈ મોડ્યુલસ (70 થી એકસો ચાલીસ Msi) માં ઉપલબ્ધ છે.
સરળ શબ્દોમાં કહીએ તો, કાર્બન ફાઇબર ૧૮૦૦°F (૯૮૨.૨૨°C) કરતા વધુ તાપમાને એસોસિએટ ડિગ્રી કાર્બનિક પૂર્વગામી ફાઇબરને એસોસિએટ ડિગ્રી નિષ્ક્રિય વાતાવરણમાં સ્થાનાંતરિત કરીને બનાવવામાં આવે છે. જોકે, કાર્બન ફાઇબર ઉત્પાદન એક અદ્યતન સાહસ હોઈ શકે છે.

પોલિમરાઇઝેશન અને સ્પિનિંગ

પોલિમરાઇઝેશન

આ પ્રક્રિયા રાસાયણિક સંયોજન ફીડ સ્ટોકથી શરૂ થાય છે જેને પૂર્વગામી તરીકે ઓળખવામાં આવે છે જેમાં ફાઇબરનો પરમાણુ આધાર હોય છે. આજે, લગભગ 100 ટકા કાર્બન ફાઇબર કાપડ અથવા પીચ-આધારિત પૂર્વગામીમાંથી બનાવવામાં આવે છે, જો કે તેમાંથી મોટાભાગનો ભાગ નાઇટ્રાઇટમાંથી ઉત્પાદિત પોલિએક્રીલોનિટ્રાઇલ (PAN) માંથી આવે છે, અને નાઇટ્રાઇટ ઔદ્યોગિક રસાયણો પ્રોપેન અને એમોનિયામાંથી આવે છે.

સામાન્ય રીતે, પૂર્વગામી રચના એસોસિએટ ડિગ્રી નાઇટ રાઇલ સંયોજનથી શરૂ થાય છે જે ખૂબ જ રિએક્ટરમાં પ્લાસ્ટિકાઇઝ્ડ એક્રેલિક કો મોનોમર અને એસિડ, ડાયોક્સાઇડ, વિટ્રિઓલ તેલ અથવા એસિડ જેવા ઉત્પ્રેરક સાથે જોડાય છે. સતત સંયોજન ઘટકોને જોડવાની મંજૂરી આપે છે, ચોક્કસ સુસંગતતા અને શુદ્ધતા બનાવે છે, અને નાઇટ્રાઇટના પરમાણુ માળખામાં મુક્ત રેડિકલની રચના શરૂ કરે છે. આ ફેરફાર રાસાયણિક પ્રક્રિયામાં પરિણમે છે, જે લાંબા સાંકળ પોલિમર ઉત્પન્ન કરે છે જે એક્રેલિક ફાઇબર બનાવે છે. રાસાયણિક પ્રક્રિયાની વિગતો, જેમ કે તાપમાન, વાતાવરણ, ચોક્કસ કો મોનોમર્સ અને ઉત્પ્રેરક, ચોરસ માપ માલિકીનું. ધોવા અને સૂકવણી પછી, પાવડર સ્વરૂપમાં નાઇટ્રાઇટને ડીમ ઇથિલ સલ્ફાઇડ (DMSO), ડાયમેથિલેસેટામાઇડ (DMAC) અથવા ડાયમેથિલફોર્મામાઇડ (DMF), અથવા એસોસિએટ ડિગ્રી પ્રવાહી દ્રાવક, જેમ કે અણુ નંબર 30 ક્લોરાઇડ અને રોડામાઇન ક્ષારમાં ઓગળવામાં આવે છે. કાર્બનિક દ્રાવકો ટ્રેસ મેટલ કણોના દૂષણને ટાળવામાં મદદ કરે છે, જે પદ્ધતિની થર્મલ એરોફિલસ સ્થિરતાને નુકસાન પહોંચાડી શકે છે અને ફિનિશ્ડ ફાઇબરના ગરમી પ્રદર્શનમાં વિલંબ કરી શકે છે. આ તબક્કે, પાવડર અને દ્રાવક સસ્પેન્શન અથવા પુરોગામી "કોટિંગ" એ ચાસણીની સુસંગતતા છે. દ્રાવકની પસંદગી અને તેથી કોટિંગની દુષ્ટતાના સંચાલનની ડિગ્રી (ઊંડાણપૂર્વક ગાળણક્રિયા દ્વારા) ફાઇબર રચનાના ક્રમિક તબક્કાની સફળતા માટે મહત્વપૂર્ણ છે.
સ્પિનિંગ
PAN ફાઇબરનું ચોરસ માપ વેટ સ્પિનિંગ નામની પદ્ધતિ દ્વારા બનાવવામાં આવે છે. કોટિંગને પ્રવાહી કુદરતી પ્રક્રિયાના બાથટબ દરમિયાન ડૂબાડવામાં આવે છે અને મૂલ્યવાનમાંથી બનાવેલા સ્પિનરેટ દરમિયાન છિદ્ર દ્વારા બહાર કાઢવામાં આવે છે. પેસેજ PAN ફાઇબરના ફિલામેન્ટ્સની જરૂરી વિવિધતા (દા.ત., 12K કાર્બન ફાઇબરના 12,000 છિદ્રો) સાથે મેળ ખાય છે. આ તુલનાત્મક રીતે જાડા અને બરડ ભીના સ્પન ફાઇબરને વધારાના એજન્ટને દૂર કરવા માટે રોલર દ્વારા ખેંચવામાં આવે છે, પછી PAN સંયોજનની દિશા ચાલુ રાખવા માટે સૂકવવામાં આવે છે અને ખેંચવામાં આવે છે. અહીં, ફિલામેન્ટ્સનો આકાર અને આંતરિક ક્રોસ-સેક્શનલ ચોરસ પસંદ કરેલ દ્રાવક અને એજન્ટ પૂર્વગામી તંતુઓમાં કેટલી હદ સુધી પ્રવેશ કરે છે, લાગુ કરાયેલ તણાવની માત્રા અને ફિલામેન્ટ્સના પીસી વિસ્તરણ દ્વારા નક્કી થાય છે. બાદમાં દરેક ઉત્પાદક માટે માલિકીનું છે. ભીના સ્પિનિંગનો વિકલ્પ ડ્રાય બ્લાસ્ટિંગ/વેટ સ્પિનિંગ નામની મિશ્રણ પદ્ધતિ હોઈ શકે છે, જે ફાઇબર અને કુદરતી પ્રક્રિયા બાથટબ વચ્ચે ઊભી હવાના અંતરનો ઉપયોગ કરે છે. આનાથી એક સ્લીક ગોળાકાર PAN ફાઇબર બને છે જે કમ્પોઝિટમાં ફાઇબર/મેટ્રિક્સ રોઝિન ઇન્ટરફેસને વધારે છે. PAN પ્રિકર્સર ફાઇબરની રચનામાં છેલ્લું પગલું એ છે કે ચીકણા તંતુઓને એકઠા થતા અટકાવવા માટે ફિનિશિંગ ઓઇલનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. સફેદ PAN ફાઇબર ચોરસ માપ પછી ફરીથી સૂકવવામાં આવે છે અને સ્પૂલ પર ઘા કરવામાં આવે છે.

ઓક્સિડેશન અને કાર્બોનાઇઝેશન

ઓક્સિડેશન

આ બોબિન્સને બાસ્કેટમાં લોડ કરવામાં આવે છે, અને સૌથી લાંબા ઉત્પાદન, ઓક્સિડાઇઝેશન તબક્કામાં, PAN ફાઇબરને સમર્પિત ભઠ્ઠીઓની શ્રેણી દ્વારા ખવડાવવામાં આવે છે. મુખ્ય રસોડાના ઉપકરણમાં પ્રવેશતા પહેલા, PAN ફાઇબર એક ટો અથવા શીટમાં ગોઠવાય છે જેને વાર્પ કહેવામાં આવે છે. ચેમ્બરનું તાપમાન 392 °F (લગભગ 200 °C) થી 572 °F (300 °C) સુધીની હોય છે.

ગરમીથી બચવા માટે (ઓક્સિડાઇઝેશન દરમિયાન અંદાજિત એન્થાલ્પીથી મુક્તિ, 2,000 kJ/કિલોગ્રામ પર ગણતરી કરી શકાય છે, વાસ્તવિક ફાયરપ્લેસ જોખમ ખસેડો), રસોડાના ઉપકરણોના ઉત્પાદકો ગરમીને દૂર કરવામાં અને તાપમાનને નિયંત્રિત કરવામાં મદદ કરવા માટે હવાના પ્રવાહના વિવિધ પ્રકારોનો ઉપયોગ કરે છે. ચોક્કસ પૂર્વગામી રસાયણ દ્વારા સંચાલિત, ઓક્સિડાઇઝેશન સમય સંપૂર્ણપણે અલગ હોય છે, પરંતુ લિટલરનો અંદાજ છે કે 24K ટો બહુવિધ ઓક્સિડાઇઝેશન ભઠ્ઠીઓ સાથે મોટી લાઇન પર લગભગ 43 ફૂટ પ્રતિ 13 મીટર પ્રતિ મિનિટના દરે બદલાશે. છેલ્લે, સંવર્ધિત (સ્થિર) PAN રેસામાં લગભગ 500 થી 65મા કાર્બન પરમાણુઓ હોય છે જેમાં સંતુલન ગેસ હોય છે, જે પરમાણુ ક્રમાંક 7 અને O નું મિશ્રણ હોય છે.
કાર્બોનાઇઝેશન
ખાસ રચાયેલ ભઠ્ઠીઓની શ્રેણીમાં નિષ્ક્રિય (ઓક્સિજન-મુક્ત) વાતાવરણ દરમિયાન કાર્બોનાઇઝેશન થાય છે, જે પ્રક્રિયા તાપમાનમાં ધીમે ધીમે વધારો કરે છે. પાણીના શરીરમાં અને દરેક ચેમ્બરના આઉટલેટમાં, સુધારણા ચેમ્બર O ઘૂસણખોરીને અટકાવે છે કારણ કે રસોડાના ઉપકરણમાંથી પસાર થતા દરેક O પરમાણુ થોડા તંતુઓ દૂર કરે છે. આ આવી ગરમી પર ઉત્પન્ન થતા કાર્બનના નુકસાનને અટકાવી શકે છે. O ની ગેરહાજરીમાં, ફક્ત બિન-કાર્બન પરમાણુઓ, સંયોજન અને અન્ય અસ્થિર કાર્બનિક સંયોજનો (ચાળીસ થી એંસી પીપીએમના ડિગ્રી સ્તરે સ્થિર) અને કણો (જેમ કે આંશિક રીતે જમા થયેલા ફાઇબરના ટુકડા) સાથે દૂર કરવામાં આવે છે અને પર્યાવરણીય રીતે નિયંત્રિત ભઠ્ઠીમાં સારવાર પછી રસોડાના ઉપકરણમાંથી વિસર્જન કરવામાં આવે છે. તાપમાન ચેમ્બર દરમિયાન કાર્બનાઇઝેશન શરૂ થાય છે, તંતુઓને ૧૨૯૨ °F (લગભગ ૭૦૦ °C) થી ૧૪૭૨ °F (લગભગ ૭૦૦ °C થી ૮૦૦ °C) સુધી સ્થાનાંતરિત કરે છે અને ૨૧૯૨ °F (લગભગ ૧,૨૦૦ °C) થી ૨૭૩૨ °F (લગભગ ૧,૫૦૦ °C) સુધી ગરમી ચેમ્બર દરમિયાન સમાપ્ત થાય છે. ચેમ્બરની સંખ્યા કાર્બન ફાઇબરમાં જરૂરી મોડ્યુલસ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે; ઉચ્ચ અને મધ્યમ ઉચ્ચ મોડ્યુલસ કાર્બન ફાઇબરની તુલનાત્મક રીતે ઊંચી કિંમત આંશિક રીતે ગરમી ભઠ્ઠી દ્વારા પ્રાપ્ત કરવાના સાતત્ય અને તાપમાનને કારણે છે. જોકે સાતત્ય માલિકીનું છે અને દરેક કાર્બન ફાઇબર ગ્રેડ સંપૂર્ણપણે અલગ છે, ઓક્સિડાઇઝેશન સાતત્ય કલાકોમાં ગણવામાં આવે છે, જોકે કાર્બનાઇઝેશન દર મિનિટોમાં તીવ્રતાના ક્રમમાં ઘટાડવામાં આવે છે. એકવાર ફાઇબર બદલાતી સ્થિતિમાં આવી જાય, તે વજન અને વોલ્યુમ ઘટાડે છે, લંબાઈને પાંચથી ૧૦૦% ઘટાડે છે અને વ્યાસ ઘટાડે છે. હકીકતમાં, PAN પુરોગામી અને PAN કાર્બન ફાઇબર વચ્ચે રૂપાંતર માત્રાત્મક સંબંધ લગભગ 2:1 છે અને વિસ્થાપન ક્ષમતા એક જોડી કરતા ઓછી છે - એટલે કે, પદ્ધતિમાં પુષ્કળ પ્રમાણમાં ઓછી સામગ્રી પ્રવેશે છે. આ પદ્ધતિ હવામાંથી O અણુઓને વાર્પમાં PAN તંતુઓ સાથે જોડે છે અને સંયોજન સાંકળોનું ક્રોસ-લિંકિંગ શરૂ કરે છે. આ ફાઇબર ઘનતા ~1.18 g/cc થી 1.38 g/cc સુધી વધારશે.

સપાટીની સારવાર અને કદ બદલવાનું

સપાટીની સારવાર અને કદ બદલવાનું
આગળનું પગલું ફાઇબર કામગીરી માટે જરૂરી છે, અને વધુમાં, તે એક સપ્લાયરના ઉત્પાદનને સ્પર્ધકોના ઉત્પાદનથી શ્રેષ્ઠ રીતે અલગ પાડે છે. મેટ્રિક્સ કાર્બનિક સંયોજન અને તેથી કાર્બન ફાઇબર વચ્ચેનું સંલગ્નતા સંયુક્તને મજબૂત બનાવવા માટે આવશ્યક છે; કાર્બન ફાઇબર ઉત્પાદન પદ્ધતિ દરમ્યાન, આ સંલગ્નતાને વધારવા માટે સપાટીની સારવાર કરવામાં આવે છે.

ઉત્પાદકો સંપૂર્ણપણે અલગ સારવાર પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરે છે, પરંતુ પ્રમાણભૂત તકનીક એ છે કે રેસાને જંતુનાશક અથવા એસિડ જેવા ઉકેલ ધરાવતા સહયોગી રસાયણશાસ્ત્ર અથવા કોષ દ્વારા ખેંચવામાં આવે છે. આ સામગ્રી દરેક ફિલામેન્ટની સપાટીને છાપે છે અથવા બદલી નાખે છે, જે સપાટીના ફાઇબર/મેટ્રિક્સ બોન્ડિંગ માટે ઉપલબ્ધ વિસ્તરણમાં વધારો કરશે અને કાર્બોક્સિલ એસિડ જેવા પ્રતિક્રિયાશીલ રાસાયણિક જૂથો ઉમેરશે. આગળ, કદ તરીકે ઓળખાતું અત્યંત માલિકીનું કોટિંગ લાગુ કરો. કાર્બન ફાઇબરના વજન દ્વારા 0.5% થી 5 પર, કદ કાર્બન ફાઇબરને પ્રક્રિયા અને પ્રક્રિયા દરમિયાન (દા.ત., વણાટ) દરમિયાન સુસંગત મધ્યવર્તી સ્વરૂપમાં, સૂકા કાપડ અને પ્રીપ્રેગની જેમ રક્ષણ આપે છે. કદ વધુમાં ફ્લુફ ઘટાડવા, પ્રક્રિયા ક્ષમતા સુધારવા અને તંતુઓ અને તેથી મેટ્રિક્સ કાર્બનિક સંયોજન વચ્ચે સપાટી શીયર તાકાત વધારવા માટે મોનો ફિલામેન્ટ્સને સાથે રાખે છે.

પોસ્ટ સમય: નવેમ્બર-01-2018

કાર્બન ફાઇબર કેવી રીતે બનાવવું?

કાર્બન ફાઇબર કેવી રીતે બનાવશો?

પોલિમરાઇઝેશન અને સ્પિનિંગ

ઓક્સિડેશન અને કાર્બોનાઇઝેશન

સપાટીની સારવાર અને કદ બદલવાનું