КАКО ДА НАПРАВИТЕ ЈАГЛЕРОДНИ ВЛАКНА?

Јаглеродните влакна, составени од комбинации од различни материјали (влакна и смола), нивната варијабилност, а со тоа и можноста за прилагодување, се клучни за нивниот шарм. Како замена за метал, композитите од јаглеродни влакна обезбедуваат десет пати поголема цврстина од челикот. Производителите на јаглеродни влакна создаваат производи кои се слични, но не идентични. Јаглеродните влакна варираат во модулот на затегнување (или цврстина определена како деформација под притисок) и цврстината на затегнување, компресија и замор.

Контактирајте не

Јаглеродните влакна базирани на PAN денес се достапни во низок модул (помал од триесет и два милиони lbf/in² или Msi), вообичаен модул (33 до триесет и шест Msi), среден модул (40 до педесет Msi), висок модул (50 до седумдесет Msi) и ултра висок модул (70 до сто четириесет Msi).
Наједноставно кажано, јаглеродните влакна се создаваат со поместување на органски прекурсорски влакна од степен на придружна класа во инертна атмосфера од степен на придружна класа на температури повисоки од 1800°F (982,22°C). Производството на јаглеродни влакна, сепак, може да биде напреден потфат.

Полимеризација и предење

Полимеризација

Процесот започнува со хемиски соединенија, наречени прекурсор, чија молекуларниот ‘рбет е влакното. Денес, околу 100 проценти од создадените јаглеродни влакна се направени од ткаенина или прекурсори на база на смола, но поголемиот дел од нив доаѓаат од полиакрилонитрил (PAN), произведен од нитрит, а нитритот доаѓа од индустриските хемикалии пропан и амонијак.

Типично, формулацијата на прекурсорот започнува со соединение од нитрит од придружен степен кое се комбинира во реактор со пластифициран акрилен мономер од јаглерод и катализатор како киселина, диоксид, масло од витриол или киселина. Континуираното мешање им овозможува на состојките да се комбинираат, обезбедувајќи конзистентност и чистота и иницирајќи формирање на слободни радикали во молекуларната структура на нитритот. Оваа модификација резултира со хемиски процес, кој произведува полимери со долг ланец кои формираат акрилни влакна. Деталите за хемискиот процес, како што се температурата, атмосферата, специфичните мономери од јаглерод и катализатори, се патентирани. По перењето и сушењето, нитритот во форма на прав се раствора во органски растворувач од придружен степен како диметил сулфид (DMSO), диметилацетамид (DMAC) или диметилформамид (DMF), или течен растворувач од придружен степен, како што се хлорид со атомски број 30 и родамин соли. Органските растворувачи помагаат да се избегне контаминација со траги од метални честички, што може да ја наруши термичката аерофилна стабилност на процесот и да ги одложи термичките перформанси на готовите влакна. Во оваа фаза, суспензијата во прав и растворувачот или „облогата“ на прекурсорот е онаа што ја дава конзистентноста на сирупот. Изборот на растворувач, а со тоа и степенот на управување со расипаноста на облогата (преку длабинска филтрација), е од витално значење за успехот на последователната фаза на формирање на влакна.
Вртење
PAN влакната се обликуваат со метод наречен влажно предење. Облогата се потопува за време на када со течна природна обработка и се екструдира низ дупка за време на предечка мрежа произведена од вредно. Преминот се совпаѓа со потребниот број на филаменти на PAN влакната (на пр., 12.000 дупки од 12K јаглеродни влакна). Ова релативно дебело и кршливо влажно предено влакно се влече низ валјак за да се отстрани вишокот средство, потоа се суши и се растегнува за да се продолжи ориентацијата на PAN соединението. Тука, обликот и внатрешниот пресек на филаментите се одредуваат според степенот до кој избраниот растворувач и средство продираат во прекурсорските влакна, количината на применета напнатост и PC издолжувањето на филаментите. Второто е сопственост на секој производител. Алтернатива на влажното предење може да биде мешан метод наречен суво пескарење/влажно предење, кој користи вертикален воздушен јаз помеѓу влакната и кадата со природна обработка. Ова води до елегантно сферично PAN влакно кое го подобрува интерфејсот влакно/матрица колофон во рамките на композитот. Последниот чекор во формирањето на прекурсорските PAN влакна е употребата на завршни масла за да се спречи агломерација на вискозните филаменти. Белите PAN влакна се мерат квадратно, потоа се сушат повторно и се намотуваат на калем.

Оксидација и карбонизација

Оксидација

Овие калеми се ставаат во кошницата, и во најдолгата фаза на производство, фаза на оксидација, PAN влакната се внесуваат низ серија наменски печки. Пред да влезат во главниот кујнски апарат, PAN влакната се стврднуваат во колче или лим наречен основа. Температурата на комората се движи од 392 °F (околу 200 °C) до 572 °F (300 степени Целзиусови).

За да се избегне неконтролирано одврзување на топлината (проценето одврзување на енталпијата за време на оксидацијата, пресметано на 2.000 kJ/килограм, што е вистински ризик од пожари), производителите на кујнски апарати користат стилови на ширење на протокот на воздух за да помогнат во дисипацијата на топлината и контролата на температурата. Предизвикано од одредена хемикалија-претходник, времето на оксидација е сосема различно, но Литлер проценува дека влечењето од 24K ќе се промени со брзина од околу 43 стапки на 13 метри во минута на преголема линија со повеќе печки за оксидација. Конечно, алтернативните (стабилизирани) PAN влакна содржат од околу 500 до околу 65 молекули на јаглерод, а остатокот е гас, мешавина од атомски број 7 и O.
Карбонизација
Карбонизацијата се случува за време на инертна (без кислород) атмосфера во серија специјално дизајнирани печки, постепено зголемувајќи ја температурата на процесот. На површината на водата и на излезот од секоја комора, комората за раст спречува навлегување на O, бидејќи секоја молекула на O што минува низ кујнскиот апарат отстранува дел од влакната. Ова може да го спречи губењето на јаглерод генериран при таква топлина. Во отсуство на O, само молекулите што не се јаглерод, вклучувајќи соединенија и други испарливи органски соединенија (стабилизирани на ниво од 40 до 80 ppm) и честички (како што се делумно наталожени фрагменти од влакна) се отстрануваат и се испуштаат од кујнскиот апарат за пост-третман во еколошки контролирана печка. Карбонизацијата започнува во температурна комора, пренесувајќи ги влакната на околу 700 °C до 800 °C и завршувајќи во топлинска комора на околу 1200 °C до 1500 °C. 1500 °C). Бројот на комори се одредува според модулот потребен во рамките на јаглеродните влакна; релативно високата цена на јаглеродните влакна со висок и низок модул делумно се должи на континуитетот и температурата што треба да се постигнат со топлинската печка. Иако континуитетот е патентиран и секој степен на јаглеродни влакна е сосема различен, континуитетот на оксидација се пресметува во часови, но стапката на карбонизација се намалува за ред на големина во минути. Откако влакното ќе се промени во состојба, ја намалува тежината и волуменот, ја скратува должината за 5 до 100% и го намалува дијаметарот. Всушност, квантитативниот однос на конверзијата на претходникот на PAN кон јаглеродните влакна PAN е приближно 2:1, а капацитетот за поместување е помал од пар - односно, многу помалку материјал влегува во методот. Оваа методологија ги комбинира молекулите О од воздухот со PAN влакна во основата и иницира вкрстено поврзување на соединенијата. Ова ќе ја зголеми густината на влакната од ~1,18 g/cc до 1,38 g/cc.

Површинска обработка и димензионирање

Површинска обработка и димензионирање
Следниот чекор е од суштинско значење за перформансите на влакната, а покрај прекурсорите, најдобро го разликува производот на еден добавувач од производот на конкурентите. Адхезијата помеѓу органското соединение на матрицата и затоа јаглеродните влакна се од суштинско значење за зајакнување на композитот; низ целиот процес на производство на јаглеродни влакна, се врши површински третман за да се зголеми оваа адхезија.

Време на објавување: 01.11.2018

Како да се направи јаглеродни влакна?

КАКО ДА НАПРАВИТЕ ЈАГЛЕРОДНИ ВЛАКНА?

Полимеризација и предење

Оксидација и карбонизација

Површинска обработка и димензионирање