როგორ გავაკეთოთ ნახშირბადის ბოჭკო?

ნახშირბადის ბოჭკო, რომელიც შედგება სხვადასხვა მასალების (ბოჭკო და ფისი) კომბინაციებისგან, მათი ცვალებადობა და შესაბამისად, მორგების უნარი მათი ხიბლის ცენტრშია. ლითონის შემცვლელად, ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტები ფოლადის ათჯერ მეტ სიმტკიცეს უზრუნველყოფენ. ნახშირბადის ბოჭკოს მწარმოებლები ქმნიან პროდუქტებს, რომლებიც მსგავსია, მაგრამ არა იდენტური. ნახშირბადის ბოჭკო განსხვავდება დაჭიმვის მოდულით (ანუ სიმტკიცით, რომელიც განისაზღვრება დეფორმაციით დეფორმაციის მიხედვით) და დაჭიმვის, შეკუმშვისა და დაღლილობის სიმტკიცით.

PAN-ზე დაფუძნებული ნახშირბადის ბოჭკო დღესდღეობით ხელმისაწვდომია დაბალი მოდულით (ოცდათორმეტ მილიონ lbf/in²-ზე ნაკლები ან Msi), ჩვეულებრივი მოდულით (33-დან ოცდათექვსმეტ Msi-მდე), საშუალო მოდულით (40-დან 50 Msi-მდე), მაღალი მოდულით (50-დან 70 Msi-მდე) და ულტრამაღალი მოდულით (70-დან 140 Msi-მდე).
მარტივად რომ ვთქვათ, ნახშირბადის ბოჭკო იქმნება ორგანული წინამორბედი ბოჭკოს ინერტულ ატმოსფეროში 1800°F (982.22°C)-ზე მაღალ ტემპერატურაზე გადაადგილებით. თუმცა, ნახშირბადის ბოჭკოს წარმოება შეიძლება მოწინავე საწარმო იყოს.

ნახშირბადის ბოჭკო

პოლიმერიზაცია და დატრიალება

პოლიმერიზაცია

პროცესი იწყება ქიმიური ნაერთის ნედლეულით, რომელსაც პრეკურსორს უწოდებენ და რომლის მოლეკულური ხერხემალი ბოჭკოა. დღესდღეობით, შექმნილი ნახშირბადის ბოჭკოს დაახლოებით 100 პროცენტი დამზადებულია ქსოვილის ან ფისის ბაზაზე დამზადებული პრეკურსორებისგან, თუმცა მისი უმეტესი ნაწილი მოდის პოლიაკრილონიტრილისგან (PAN), რომელიც დამზადებულია ნიტრიტისგან, ხოლო ნიტრიტი მოდის სამრეწველო ქიმიკატებისგან - პროპანისა და ამიაკისგან.

როგორც წესი, პრეკურსორის ფორმულირება იწყება ასოცირებული ხარისხის ნიტრიტის ნაერთით, რომელიც რეაქტორში შერწყმულია პლასტიფიცირებულ აკრილის CO2 მონომერთან და კატალიზატორთან, როგორიცაა მჟავა, დიოქსიდი, ვიტრიოლის ზეთი ან მჟავა. უწყვეტი შერევა საშუალებას აძლევს ინგრედიენტებს შეერიონ ერთმანეთს, უზრუნველყოფენ კონსისტენციას და სისუფთავეს და იწყებენ თავისუფალი რადიკალების წარმოქმნას ნიტრიტის მოლეკულურ სტრუქტურაში. ეს მოდიფიკაცია იწვევს ქიმიურ პროცესს, რომელიც წარმოქმნის გრძელჯაჭვიან პოლიმერებს, რომლებიც ქმნიან აკრილის ბოჭკოებს. ქიმიური პროცესის დეტალები, როგორიცაა ტემპერატურა, ატმოსფერო, კონკრეტული CO2 მონომერები და კატალიზატორები, საკუთრების უფლებით. გარეცხვისა და გაშრობის შემდეგ, ფხვნილის სახით ნიტრიტი იხსნება ასოცირებული ხარისხის ორგანულ გამხსნელში, როგორიცაა დიმეთილ სულფიდი (DMSO), დიმეთილაცეტამიდი (DMAC) ან დიმეთილენფორმამიდი (DMF), ან ასოცირებული ხარისხის თხევად გამხსნელში, როგორიცაა ატომური ნომერი 30 ქლორიდი და როდამინის მარილები. ორგანული გამხსნელები ხელს უწყობენ ლითონის ნაწილაკების დაბინძურების თავიდან აცილებას, რამაც შეიძლება ზიანი მიაყენოს პროცესის თერმულ-აეროფილურ სტაბილურობას და შეაფერხოს დასრულებული ბოჭკოს თერმული მახასიათებლები. ამ ეტაპზე, ფხვნილისა და გამხსნელის სუსპენზია ან პრეკურსორის „საფარი“ სიროფის კონსისტენციას წარმოადგენს. გამხსნელის შერჩევა და შესაბამისად, საფარის სიხისტის კონტროლის ხარისხი (ღრმა ფილტრაციის გზით) სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია ბოჭკოს ფორმირების შემდგომი ეტაპის წარმატებისთვის.
ტრიალი
PAN ბოჭკოები კვადრატული ზომისაა და დამზადებულია სველი დატრიალების მეთოდით. ​​საფარი იძირება თხევადი ბუნებრივი დამუშავების აბაზანაში და გაიწოვება ხვრელიდან ძვირფასი მასალისგან დამზადებული მბრუნავი ძაფის დროს. გასასვლელი შეესაბამება PAN ბოჭკოს ძაფების საჭირო რაოდენობას (მაგ., 12K ნახშირბადის ბოჭკოს 12,000 ხვრელი). ეს შედარებით სქელი და მყიფე სველი დატრიალების ბოჭკო იჭიმება როლიკებით ზედმეტი ნივთიერების მოსაშორებლად, შემდეგ შრება და იჭიმება PAN ნაერთის ორიენტაციის გასაგრძელებლად. აქ, ძაფების ფორმა და შიდა განივი კვეთა განისაზღვრება შერჩეული გამხსნელისა და ნივთიერების წინამორბედ ბოჭკოებში შეღწევის ხარისხით, გამოყენებული დაჭიმვის რაოდენობით და ძაფების PC წაგრძელებით. ეს უკანასკნელი თითოეული მწარმოებლის საკუთრებაა. სველი დატრიალების ალტერნატივა შეიძლება იყოს შერეული მეთოდი, რომელსაც ეწოდება მშრალი აფეთქება/სველი დატრიალება, რომელიც იყენებს ვერტიკალურ ჰაერის უფსკრულს ბოჭკოებსა და ბუნებრივი დატრიალების აბაზანას შორის. ეს იწვევს გლუვ სფერულ PAN ბოჭკოს, რომელიც აძლიერებს ბოჭკოს/მატრიცის როზინის ინტერფეისს კომპოზიტში. PAN წინამორბედი ბოჭკოების ფორმირების ბოლო ეტაპია დასრულების ზეთების გამოყენება ბლანტი ძაფების აგლომერაციის თავიდან ასაცილებლად. თეთრი PAN ბოჭკოები კვადრატულ ზომაზეა, შემდეგ კვლავ გაშრება და იხვევა კოჭაზე.
ნახშირბადის ბოჭკოვანი დაჟანგვის ღუმელი

დაჟანგვა და კარბონიზაცია

დაჟანგვა

ეს კვადრატული ზომის კოჭები იტვირთება კალათაში და ყველაზე ხანგრძლივი წარმოების, დაჟანგვის ეტაპზე, PAN ბოჭკოები მიეწოდება სპეციალური ღუმელების სერიას. სამზარეულოს ძირითად ტექნიკაში მოხვედრამდე, PAN ბოჭკოები იშლება ბუდის ან ფურცლის სახით, რომელსაც ძაფი ეწოდება. კამერის ტემპერატურა მერყეობს 392°F-დან (დაახლ. 200°C) 572°F-მდე (300°C).

სითბოს უკონტროლო განტვირთვის თავიდან ასაცილებლად (დაჟანგვის დროს ენთალპიის სავარაუდო განთავისუფლება, რომელიც გამოითვლება 2000 კჯ/კილოგრამზე, რეალური საფრთხის გათვალისწინებით), სამზარეულოს ტექნიკის მწარმოებლები იყენებენ ჰაერის ნაკადის განაწილების სტილებს, რათა ხელი შეუწყონ სითბოს გაფანტვას და ტემპერატურის მართვას. კონკრეტული წინამორბედი ქიმიური ნივთიერების ზემოქმედებით, დაჟანგვის დრო სრულიად განსხვავებულია, თუმცა ლიტლერი ვარაუდობს, რომ 24K ნახშირბადის ძაბვა შეიცვლება დაახლოებით 43 ფუტი/13 მეტრი/წთ სიჩქარით დიდი ზომის ხაზზე მრავალი დაჟანგვის ღუმელით. და ბოლოს, ალტერნატიული (სტაბილიზირებული) PAN ბოჭკოები შეიცავს დაახლოებით 500-დან 65-მდე ნახშირბადის მოლეკულებს, დანარჩენი კი არის აირი, ატომური ნომრის 7 და O ნაზავი.
კარბონიზაცია
კარბონიზაცია ხდება ინერტული (ჟანგბადის გარეშე) ატმოსფეროში სპეციალურად შემუშავებული ღუმელების სერიაში, ეტაპობრივად ზრდის პროცესის ტემპერატურას. წყლის ზედაპირზე და თითოეული კამერის გამოსასვლელში, გაუმჯობესების კამერა ხელს უშლის ჟანგბადის შეღწევას, რადგან სამზარეულოს ტექნიკაში გამავალი თითოეული ჟანგბადის მოლეკულა აშორებს ბოჭკოების ნაწილს. ამან შეიძლება თავიდან აიცილოს ასეთი სითბოს დროს წარმოქმნილი ნახშირბადის დაკარგვა. ჟანგბადის არარსებობის შემთხვევაში, მხოლოდ არანახშირბადის მოლეკულები, მათ შორის ნაერთი და სხვა აქროლადი ორგანული ნაერთები (სტაბილიზირებული 40-დან 80 ppm-მდე ტემპერატურაზე) და ნაწილაკები (მაგალითად, ნაწილობრივ დალექილი ბოჭკოვანი ფრაგმენტები) იხსნება და გამოიყოფა სამზარეულოს ტექნიკიდან შემდგომი დამუშავებისთვის გარემოსდაცვით კონტროლირებად ღუმელში. კარბონიზაცია იწყება ტემპერატურის კამერაში, ბოჭკოების გადატანა დაახლოებით 700 °C-დან 800 °C-მდე და მთავრდება თერმულ კამერაში დაახლოებით 1200 °C-დან 1500 °C-მდე ტემპერატურაზე. 1500°C). კამერების რაოდენობა განისაზღვრება ნახშირბადის ბოჭკოში საჭირო მოდულით; მაღალი და არასაკმარისი მაღალი მოდულის ნახშირბადის ბოჭკოების შედარებით მაღალი ფასი ნაწილობრივ განპირობებულია გამტარიანობითა და ტემპერატურით, რომელიც უნდა მიღწეული იქნას თერმული ღუმელით. მიუხედავად იმისა, რომ გამტარიანობა საკუთრებაა და ნახშირბადის ბოჭკოს თითოეული კლასი განსხვავებულია, დაჟანგვის გამტარიანობა გამოითვლება საათებში, მაგრამ კარბონიზაციის სიჩქარე მცირდება წუთებში. როგორც კი ბოჭკო იცვლის მდგომარეობას, ის ამცირებს წონას და მოცულობას, ამცირებს სიგრძეს 5-დან 100%-მდე და ამცირებს დიამეტრს. სინამდვილეში, PAN წინამორბედის PAN ნახშირბადის ბოჭკოსთან გარდაქმნის რაოდენობრივი თანაფარდობა დაახლოებით 2:1-ია და გადაადგილების უნარი უფრო მცირეა, ვიდრე წყვილი - ანუ, მეთოდში გაცილებით ნაკლები მასალა შედის. ეს მეთოდოლოგია აერთიანებს ჰაერიდან O მოლეკულებს PAN ბოჭკოებთან ძაფში და იწყებს ნაერთი ჯაჭვების ჯვარედინი შეერთებას. ეს ზრდის ბოჭკოს სიმკვრივეს ~1.18 გ/სმ3-დან 1.38 გ/სმ3-მდე.
ნახშირბადის ბოჭკოვანი კარბონიზაცია

ზედაპირის დამუშავება და ზომის განსაზღვრა

ზედაპირის დამუშავება და ზომის განსაზღვრა
შემდეგი ნაბიჯი აუცილებელია ბოჭკოს მუშაობისთვის და წინამორბედების გარდა, ის საუკეთესოდ განასხვავებს ერთი მომწოდებლის პროდუქტს კონკურენტების პროდუქტისგან. მატრიცის ორგანულ ნაერთსა და შესაბამისად ნახშირბადის ბოჭკოებს შორის ადჰეზია აუცილებელია კომპოზიტის გამაგრებისთვის; ნახშირბადის ბოჭკოს წარმოების მთელი მეთოდის განმავლობაში, ზედაპირული დამუშავება ხორციელდება ამ ადჰეზიის გასაძლიერებლად.

მწარმოებლები იყენებენ დამუშავების სრულიად განსხვავებულ მეთოდებს, თუმცა სტანდარტული ტექნიკაა ბოჭკოების გაწელვა ქიმიური ნივთიერების ან ხსნარის შემცველი უჯრედის მეშვეობით, როგორიცაა დეზინფექტანტი ან მჟავა. ეს მასალები ბეჭდავს ან ცვლის თითოეული ძაფის ზედაპირს, რაც ზრდის ზედაპირული ბოჭკოების/მატრიცის შეერთებისთვის ხელმისაწვდომ სივრცეს და ამატებს რეაქტიულ ქიმიურ ნაერთებს, როგორიცაა კარბოქსილის მჟავები. შემდეგ, წაისვით უაღრესად საკუთრების საფარი, რომელსაც ეწოდება საფარი. ნახშირბადის ბოჭკოს წონის 0.5%-დან 5%-მდე, საფარი იცავს ნახშირბადის ბოჭკოებს შუალედურ ტიპად, როგორიცაა მშრალი ქსოვილი და წინასწარი პრეგრეგი, მთელი პროცესის განმავლობაში (მაგალითად, ქსოვა). საფარი ასევე აკავებს მონო ძაფებს, რათა შეამციროს ფუმფულა, გააუმჯობესოს დამუშავების უნარი და გაზარდოს ბოჭკოებსა და მატრიცულ ორგანულ ნაერთს შორის ზედაპირის ძვრის სიმტკიცე.

გამოქვეყნების დრო: 2018 წლის 1 ნოემბერი
WhatsApp-ის ონლაინ ჩატი!