KAIP PAGAMINTI ANGLIES PLUOŠTO?

Anglies pluoštas, sudarytas iš skirtingų medžiagų (pluošto ir dervos) derinių, jų kintamumas ir pritaikomumas yra pagrindiniai jų žavesio veiksniai. Kaip metalo pakaitalas, anglies pluošto kompozitai yra dešimt kartų stipresni nei plienas. Anglies pluošto gamintojai kuria panašius, bet ne identiškus gaminius. Anglies pluoštas skiriasi tempimo moduliu (arba standumu, nustatomu kaip deformacija esant deformacijai) ir tempimo, gniuždymo bei nuovargio stiprumu.

Susisiekite su mumis

Šiomis dienomis PAN pagrindu pagamintas anglies pluoštas yra mažo modulio (mažiau nei 32 milijonai lbf/in² arba Msi), įprasto modulio (33–36 Msi), vidutinio modulio (40–50 Msi), didelio modulio (50–70 Msi) ir itin didelio modulio (70–140 Msi).
Paprasčiau tariant, anglies pluoštas yra gaminamas perkeliant asocijuotojo laipsnio organinį pirmtako pluoštą asocijuotojo laipsnio inertinėje atmosferoje, aukštesnėje nei 1800 °F (982,22 °C) temperatūroje. Tačiau anglies pluošto gamyba yra sudėtingas procesas.

Polimerizacija ir verpimas

Polimerizacija

Procesas prasideda nuo cheminio junginio žaliavos, vadinamos pirmtaku, turinčiu pluošto molekulinį pagrindą. Šiandien maždaug 100 procentų pagaminto anglies pluošto yra pagaminta iš audinio arba dervos pagrindu pagamintų pirmtakų, tačiau didžioji jo dalis gaunama iš poliakrilnitrilo (PAN), pagaminto iš nitrito, o nitritas gaunamas iš pramoninių cheminių medžiagų propano ir amoniako.

Paprastai pirmtako formulė prasideda nuo asocijuotojo laipsnio nitrito junginio, kuris pačiame reaktoriuje sumaišomas su plastifikuotu akrilo komonomeru ir katalizatoriumi, pvz., rūgštimi, dioksidu, sieros rūgštimi arba rūgštimi. Nuolatinis maišymas leidžia ingredientams susijungti, užtikrinant tam tikrą konsistenciją ir grynumą, ir inicijuojant laisvųjų radikalų susidarymą nitrito molekulinėje struktūroje. Ši modifikacija lemia cheminį procesą, kurio metu susidaro ilgos grandinės polimerai, sudarantys akrilinius pluoštus. Cheminio proceso detalės, pvz., temperatūra, atmosfera, konkretūs komonomerai ir katalizatoriai, yra patentuotos. Po skalbimo ir džiovinimo miltelių pavidalo nitritas ištirpinamas asocijuotojo laipsnio organiniame tirpiklyje, pvz., dimetiletilsulfide (DMSO), dimetilacetamidu (DMAC) arba dimetilformamide (DMF), arba asocijuotojo laipsnio skystame tirpiklyje, pvz., atominio skaičiaus 30 chloridu ir rodamino druskomis. Organiniai tirpikliai padeda išvengti metalo dalelių užteršimo pėdsakų, kurie gali pakenkti proceso terminiam aerofiliniam stabilumui ir sulėtinti gatavo pluošto terminį atsparumą. Šiame etape miltelių ir tirpiklio suspensija arba pirmtako „danga“ yra sirupo konsistencijos. Tirpiklio pasirinkimas ir atitinkamai dangos agresyvumo valdymo laipsnis (per giluminį filtravimą) yra labai svarbūs sėkmingam tolesniam pluošto formavimo etapui.
Verpimas
PAN pluoštai gaminami metodu, vadinamu šlapiuoju verpimu. Danga panardinama į skystą natūralios gamybos vonią ir išspaudžiama per skylę verpimo įrenginyje, pagamintame iš vertingos medžiagos. Praėjimas parenkamas pagal reikiamą PAN pluošto gijų skaičių (pvz., 12 000 skylių 12K anglies pluošto). Šis palyginti storas ir trapus šlapiuoju būdu verptas pluoštas tempiamas per volelį, kad būtų pašalintas medžiagos perteklius, tada išdžiovinamas ir ištempiamas, kad būtų išlaikyta PAN junginio orientacija. Čia gijų forma ir vidinis skerspjūvis priklauso nuo to, kiek pasirinktas tirpiklis ir medžiaga įsiskverbia į pirmtakinius pluoštus, nuo taikomo įtempimo kiekio ir gijų PC pailgėjimo. Pastarasis yra kiekvieno gamintojo nuosavybė. Alternatyva šlapiam verpimui yra mišrus metodas, vadinamas sausuoju pūtimu/šlapiuoju verpimu, kai tarp pluoštų ir natūralios gamybos vonios naudojamas vertikalus oro tarpas. Tai sukuria elegantišką, apvalią PAN pluošto formą, kuri pagerina pluošto ir matricos dervos sąsają kompozite. Paskutinis PAN pirmtakinių pluoštų formavimo žingsnis yra apdailos alyvų naudojimas, siekiant užkirsti kelią klampiems gijoms sulipti. Balti PAN pluoštai, kvadratinio dydžio, dar kartą išdžiovinti ir suvynioti ant ritės.

Oksidacija ir karbonizacija

Oksidacija

Šios ritės pakraunamos į krepšelį ir ilgiausio gamybos, oksidacijos, etapo metu PAN pluoštai tiekiami per specialių krosnių seriją. Prieš patekdami į pagrindinį virtuvės prietaisą, PAN pluoštai suformuojami į kuodą arba lakštą, vadinamą metmenimis. Kameros temperatūra svyruoja nuo 392 °F (apie 200 °C) iki 572 °F (300 laipsnių Celsijaus).

Siekdami išvengti nevaldomo šilumos išsklaidymo (apskaičiuotas entalpijos išsklaidymas oksidacijos metu, apskaičiuojamas kaip 2 000 kJ/kg, perkelkite tikrąją gaisrų riziką), virtuvės prietaisų gamintojai naudoja įvairius oro srautus, kad padėtų išsklaidyti šilumą ir kontroliuoti temperatūrą. Veikiant konkrečiai cheminei medžiagai, oksidacijos laikas skiriasi, tačiau Littleris apskaičiavo, kad 24K banga bus keičiama maždaug 43 pėdų per 13 metrų per minutę greičiu didelėje linijoje su keliomis oksidacijos krosnimis. Galiausiai, pakeistos (stabilizuotos) PAN skaidulos sudarytos iš nuo 500 iki 65 anglies molekulių, o likusi dalis yra dujos – atominio skaičiaus 7 ir O mišinys.
Karbonizacija
Karbonizacija vyksta inertiškoje (be deguonies) atmosferoje specialiai suprojektuotose krosnyse, palaipsniui didinant proceso temperatūrą. Kiekvienos kameros vandens telkinyje ir išleidimo angoje gerinimo kamera neleidžia patekti O₂, nes kiekviena pro prietaisą praeinanti O₂ molekulė pašalina dalį pluošto. Tai gali padėti išvengti anglies praradimo esant tokiai šilumai. Nesant O₂, pašalinamos tik ne anglies molekulės, įskaitant junginius ir kitus lakiuosius organinius junginius (stabilizuojamus 40–80 ppm lygiu) ir daleles (pvz., iš dalies nusodintus pluošto fragmentus), ir išleidžiamos iš prietaiso tolesniam apdorojimui aplinkoje kontroliuojamoje krosnyje. Karbonizacija prasideda temperatūros kameroje, pluoštai perkeliami į 700–800 °C temperatūrą ir baigiasi kaitinimo kameroje, kurioje pluoštai įkaista iki 1200–1500 °C temperatūros. 1500 °C). Kamerų skaičius nustatomas pagal anglies pluošte reikalingą modulį; palyginti didelė didelio ir vidutinio didelio modulio anglies pluoštų kaina iš dalies priklauso nuo tęstinumo ir temperatūros, kurią turi pasiekti kaitinimo krosnis. Nors tęstinumas yra patentuotas ir kiekviena anglies pluošto rūšis yra skirtinga, oksidacijos tęstinumas apskaičiuojamas valandomis, tačiau karbonizacijos greitis sumažinamas eilės tvarka minutėmis. Kai pluoštas pakeičia būseną, jis sumažina svorį ir tūrį, ilgį 5–100 % ir sumažina skersmenį. Iš tiesų, PAN pirmtako ir PAN anglies pluošto konversijos kiekybinis santykis yra apie 2:1, o išstūmimo geba yra mažesnė nei poros – tai reiškia, kad į procesą patenka daug mažiau medžiagos. Šis metodas sujungia O2 molekules iš oro su PAN pluoštais metmenyse ir inicijuoja junginių grandinių skersinį sujungimą. Tai padidina pluošto tankį nuo ~1,18 g/cm³ iki 1,38 g/cm³.

Paviršiaus apdorojimas ir klijavimas

Paviršiaus apdorojimas ir klijavimas
Kitas žingsnis yra labai svarbus pluošto savybėms ir, be pirmtakų, geriausiai išskiria vieno tiekėjo produktą iš konkurentų produktų. Sukibimas tarp matricos organinio junginio ir todėl anglies pluošto yra labai svarbus kompozito sutvirtinimui; viso anglies pluošto gamybos proceso metu atliekamas paviršiaus apdorojimas, siekiant pagerinti šį sukibimą.

Įrašo laikas: 2018 m. lapkričio 1 d.

Kaip pagaminti anglies pluoštą?

KAIP PAGAMINTI ANGLIES PLUOŠTO?

Polimerizacija ir verpimas

Oksidacija ir karbonizacija

Paviršiaus apdorojimas ir klijavimas