कार्बन फाइबर कैसे बनाएं?

कार्बन फाइबर, जो कि अलग-अलग सामग्रियों (फाइबर और रेजिन) के संयोजनों से बना है, उनकी परिवर्तनशीलता, और इसलिए, अनुकूलनशीलता, उनके आकर्षण का मुख्य कारण है। धातु के प्रतिस्थापन के रूप में, कार्बन फाइबर कंपोजिट स्टील की तुलना में दस गुना अधिक ताकत प्रदान करते हैं। कार्बन फाइबर उत्पादक ऐसे उत्पाद बनाते हैं जो समान होते हैं लेकिन एक जैसे नहीं होते। कार्बन फाइबर तन्यता मापांक (या तनाव के नीचे विरूपण के रूप में निर्धारित कठोरता) और तन्यता, संपीड़न और थकान शक्ति में भिन्न होता है

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PAN-आधारित कार्बन फाइबर आजकल कम मापांक (बत्तीस मिलियन lbf/in² या Msi से कम), मानक मापांक (33 से 36 Msi), मध्यवर्ती मापांक (40 से 50 Msi), उच्च मापांक (50 से 70 Msi) और अतिउच्च मापांक (70 से 140 Msi) में उपलब्ध है।
सरल शब्दों में, कार्बन फाइबर को 1800°F (982.22 °C) से अधिक तापमान पर निष्क्रिय वातावरण में कार्बनिक अग्रदूत फाइबर के स्थानांतरण द्वारा बनाया जाता है। हालाँकि, कार्बन फाइबर निर्माण एक उन्नत उद्यम हो सकता है।

बहुलकीकरण और कताई

बहुलकीकरण

प्रक्रिया एक रासायनिक यौगिक फ़ीड स्टॉक से शुरू होती है जिसे प्रीकर्सर कहा जाता है जिसमें फाइबर की आणविक रीढ़ होती है। आज, निर्मित कार्बन फाइबर का लगभग 100 प्रतिशत कपड़ा या पिच-आधारित प्रीकर्सर से बनाया जाता है, हालांकि इसका अधिकांश भाग पॉलीएक्रिलोनिट्राइल (पीएएन) से आता है, जो नाइट्राइट से निर्मित होता है, और नाइट्राइट औद्योगिक रसायनों प्रोपेन और अमोनिया से आता है।

आमतौर पर, पूर्ववर्ती सूत्रीकरण एक ऐसे नाइट्रेट यौगिक से शुरू होता है जिसे एक रिएक्टर में प्लास्टिसाइज्ड ऐक्रेलिक सह मोनोमर और एसिड, डाइऑक्साइड, विट्रियल या एसिड के तेल जैसे उत्प्रेरक के साथ मिलाया जाता है। निरंतर संयोजन सामग्री को संयोजित करने की अनुमति देता है, जिससे स्थिरता और शुद्धता सुनिश्चित होती है, और नाइट्राइट की आणविक संरचना के भीतर मुक्त कणों का निर्माण शुरू होता है। इस संशोधन के परिणामस्वरूप रासायनिक प्रक्रिया होती है, जो ऐक्रेलिक फाइबर बनाने वाले लंबी श्रृंखला वाले पॉलिमर का उत्पादन करती है। रासायनिक प्रक्रिया का विवरण, जैसे तापमान, वातावरण, विशिष्ट सह मोनोमर और उत्प्रेरक, मालिकाना है। कपड़े धोने और सुखाने के बाद, पाउडर के रूप में नाइट्राइट को डाइम एथिल सल्फाइड (DMSO), डाइमिथाइलैसिटामाइड (DMAC) या डाइमिथाइलफॉर्मामाइड (DMF) जैसे एक कार्बनिक विलायक में या एक तरल विलायक, जैसे क्लोराइड और रोडामाइन लवण में घोला जाता है। कार्बनिक विलायक ट्रेस धातु कण संदूषण से बचने में मदद करते हैं, जो विधि की थर्मल एयरोफिलस स्थिरता को नुकसान पहुंचा सकता है और तैयार फाइबर के ताप प्रदर्शन में देरी कर सकता है। इस चरण में, पाउडर और विलायक निलंबन या अग्रदूत "कोटिंग" सिरप की स्थिरता है। विलायक का चयन और इसलिए कोटिंग की क्रूरता के प्रबंधन की डिग्री (गहन निस्पंदन के माध्यम से) फाइबर गठन के क्रमिक चरण की सफलता के लिए महत्वपूर्ण हैं।
कताई
PAN फाइबर को वेट स्पिनिंग नामक विधि द्वारा तैयार किया जाता है। कोटिंग को एक तरल प्राकृतिक प्रक्रिया बाथटब के दौरान डुबोया जाता है और मूल्यवान से निर्मित स्पिनरेट के दौरान एक छेद के माध्यम से बाहर निकाला जाता है। मार्ग को PAN फाइबर के फिलामेंट की आवश्यक विविधता (जैसे, 12K कार्बन फाइबर के 12,000 छेद) से मिलान किया जाता है। यह तुलनात्मक रूप से मोटा और भंगुर गीला स्पन फाइबर अतिरिक्त एजेंट से छुटकारा पाने के लिए एक रोलर के माध्यम से खींचा जाता है, फिर PAN यौगिक के अभिविन्यास को जारी रखने के लिए सुखाया और फैलाया जाता है। यहाँ, फिलामेंट का रूप और आंतरिक क्रॉस-सेक्शनल इस बात से निर्धारित होता है कि चुने गए विलायक और एजेंट पूर्ववर्ती फाइबर में किस हद तक प्रवेश करते हैं, लागू तनाव की मात्रा और फिलामेंट का पीसी बढ़ाव भी। उत्तरार्द्ध प्रत्येक निर्माता के लिए स्वामित्व है। गीली स्पिनिंग का एक विकल्प ड्राई ब्लास्टिंग/गीली स्पिनिंग नामक एक मिश्रित विधि हो सकती है, जो फाइबर और प्राकृतिक प्रक्रिया बाथटब के बीच एक ऊर्ध्वाधर वायु अंतराल का उपयोग करती है। इससे एक चिकना गोलाकार PAN फाइबर बनता है जो कंपोजिट के भीतर फाइबर/मैट्रिक्स रोसिन इंटरफेस को बढ़ाता है PAN अग्रदूत फाइबर के निर्माण में अंतिम चरण चिपचिपे तंतुओं को एकत्र होने से रोकने के लिए परिष्करण तेलों का उपयोग करना है। सफेद PAN फाइबर को फिर से सुखाया जाता है और एक स्पूल पर लपेटा जाता है।

ऑक्सीकरण और कार्बनीकरण

ऑक्सीकरण

इन बॉबिन को टोकरी में लोड किया जाता है, और सबसे लंबे उत्पादन, ऑक्सीकरण चरण के भीतर, पैन फाइबर को समर्पित भट्टियों की एक श्रृंखला के माध्यम से खिलाया जाता है। प्राथमिक रसोई उपकरण में प्रवेश करने से पहले, पैन फाइबर को एक टो या शीट में रखा जाता है जिसे वार्प कहा जाता है। कक्ष का तापमान 392 °F (लगभग 200 °C) से 572 °F (300 डिग्री सेल्सियस) तक होता है।

बेकाबू गर्मी के रिसाव (ऑक्सीकरण के दौरान अनुमानित एन्थैल्पी रिसाव, 2,000 kJ / किलोग्राम पर गणना योग्य, वास्तविक फायरप्लेस खतरे को स्थानांतरित करें) से बचने के लिए, रसोई उपकरण निर्माता गर्मी को नष्ट करने और तापमान को नियंत्रित करने में सहायता के लिए वायु प्रवाह शैलियों के प्रसार का उपयोग करते हैं। एक विशेष पूर्ववर्ती रसायन द्वारा संचालित, ऑक्सीकरण समय पूरी तरह से अलग है, हालांकि लिटलर का अनुमान है कि 24K टो को कई ऑक्सीकरण भट्टियों के साथ एक बड़ी लाइन पर लगभग 43 फीट प्रति तेरह मीटर प्रति मिनट की दर से बदला जाएगा। अंत में, परिवर्तित (स्थिर) PAN फाइबर में लगभग पाँच सौवें से लेकर लगभग पैंसठवें कार्बन अणु होते हैं, शेष गैस होती है, परमाणु संख्या 7 और O का मिश्रण।
अथ जलकर कोयला हो जाना
कार्बनीकरण विशेष रूप से डिज़ाइन की गई भट्टियों की एक श्रृंखला में निष्क्रिय (ऑक्सीजन रहित) वातावरण के दौरान होता है, जो प्रक्रिया के तापमान को धीरे-धीरे बढ़ाता है। पानी के शरीर और हर कक्ष के आउटलेट पर, सुधार कक्ष O घुसपैठ को रोकता है क्योंकि रसोई के उपकरण से गुजरने वाले प्रत्येक O अणु फाइबर को थोड़ा हटा देता है। यह ऐसी गर्मी में उत्पन्न कार्बन के नुकसान को रोक सकता है। O की अनुपस्थिति में, केवल गैर-कार्बन अणु, साथ में यौगिक और विभिन्न वाष्पशील कार्बनिक यौगिक (चालीस से अस्सी पीपीएम के डिग्री स्तर पर स्थिर) और कण (जैसे आंशिक रूप से जमा फाइबर टुकड़े) को हटा दिया जाता है और पर्यावरण नियंत्रित भट्ठी में पोस्ट-ट्रीटमेंट के लिए रसोई के उपकरण से छुट्टी दे दी जाती है। कार्बनीकरण एक तापमान कक्ष में शुरू होता है, फाइबर को 1292 °F (लगभग 700 °C) से 1472 °F (700 °C से 800 °C) तक स्थानांतरित किया जाता है और 2192 °F (लगभग 1,200 °C) से 2732 °F (लगभग 1,500 °C) के ताप कक्ष में समाप्त होता है। कक्षों की संख्या कार्बन फाइबर में आवश्यक मापांक द्वारा तय की जाती है; उच्च और अत्यधिक उच्च मापांक वाले कार्बन फाइबर की तुलनात्मक रूप से उच्च कीमत आंशिक रूप से निरंतरता और तापमान के कारण होती है जिसे ताप भट्टी द्वारा प्राप्त किया जाना होता है। हालांकि निरंतरता मालिकाना होती है और प्रत्येक कार्बन फाइबर ग्रेड अलग होता है, ऑक्सीकरण निरंतरता की गणना घंटों में की जाती है, हालांकि कार्बनीकरण दर मिनटों में परिमाण के क्रम से कम हो जाती है। एक बार जब फाइबर की अवस्था बदल जाती है, तो यह वजन और आयतन को कम कर देता है, लंबाई को पांच से 100% तक छोटा कर देता है, और व्यास को कम कर देता है। वास्तव में, PAN कार्बन फाइबर के लिए PAN अग्रदूत का रूपांतरण मात्रात्मक संबंध लगभग 2:1 है और विस्थापन क्षमता भी एक जोड़ी से कम है - यानी, बहुत कम सामग्री विधि में प्रवेश करती है। यह पद्धति हवा से O अणुओं को ताने के भीतर PAN फाइबर के साथ जोड़ती है और यौगिक श्रृंखलाओं के क्रॉस-लिंकिंग की शुरुआत करती है। यह फाइबर घनत्व को ~ 1.18 ग्राम / सीसी से बढ़ाकर 1.38 ग्राम / सीसी कर देगा।

सतह उपचार और आकार निर्धारण

सतह उपचार और आकार निर्धारण
अगला चरण फाइबर के प्रदर्शन के लिए आवश्यक है, और इसके अलावा, यह एक आपूर्तिकर्ता के उत्पाद को प्रतिस्पर्धियों के उत्पाद से सबसे बेहतर तरीके से अलग करता है। मैट्रिक्स कार्बनिक यौगिक और इसलिए कार्बन फाइबर के बीच आसंजन समग्र को मजबूत करने के लिए आवश्यक है; कार्बन फाइबर उत्पादन विधि के दौरान, इस आसंजन को बढ़ाने के लिए एक सतह उपचार किया जाता है।

निर्माता पूरी तरह से अलग-अलग उपचार विधियों का उपयोग करते हैं, हालांकि मानक तकनीक फाइबर को सहयोगी रसायन विज्ञान या सेल के माध्यम से खींचना है, जिसमें कीटाणुनाशक या एसिड जैसे उत्तर होते हैं। ये सामग्री प्रत्येक फिलामेंट की सतह को प्रिंट या बदलती है, जो सतह फाइबर/मैट्रिक्स बॉन्डिंग के लिए सुलभ विस्तार को बढ़ाएगी और कार्बोक्सिल एसिड जैसी प्रतिक्रियाशील रासायनिक टीमों को जोड़ेगी। इसके बाद, आकार के रूप में जाना जाने वाला एक अत्यंत स्वामित्व वाली कोटिंग लागू करें। कार्बन फाइबर के वजन के 0.5% से 5 पर, आकार कार्बन फाइबर को सहयोगी मध्यवर्ती प्रकार में सुरक्षित रखता है, जैसे कि एक सूखा कपड़ा और एक प्रीप्रेग, प्रक्रिया और प्रक्रिया (जैसे, बुनाई) के दौरान। आकार अतिरिक्त रूप से मोनो फिलामेंट्स को फुलाव को कम करने, प्रक्रिया क्षमता में सुधार करने और फाइबर और इसलिए मैट्रिक्स कार्बनिक यौगिक के बीच सतह कतरनी शक्ति को बढ़ाने के लिए रखता है।

पोस्ट करने का समय: नवम्बर-01-2018