КАКО НАПРАВИТИ УГЉЕНИЧНА ВЛАКАНА?

Угљенична влакна, састављена од комбинација различитих материјала (влакана и смоле), њихова варијабилност, а самим тим и могућност прилагођавања, кључни су за њихов шарм. Као замена за метал, композити од угљеничних влакана пружају десет пута већу чврстоћу од челика. Произвођачи угљеничних влакана стварају производе који су слични, али не и идентични. Угљенична влакна се разликују по модулу затезања (или крутости одређеној као деформација испод напона) и чврстоћи на затезање, компресију и замор.

Контактирајте нас

Карбонска влакна на бази ПАН-а данас су доступна у ниском модулу (мање од тридесет два милиона lbf/in² или Msi), уобичајеном модулу (33 до тридесет шест Msi), средњем модулу (40 до педесет Msi), високом модулу (50 до седамдесет Msi) и ултрависоком модулу (70 до 140 Msi).
Најједноставније речено, угљенична влакна се стварају премештањем органских прекурсорских влакана придруженог степена у инертној атмосфери придруженог степена на температурама вишим од 982,22 °C. Међутим, производња угљеничних влакана може бити напредан подухват.

Полимеризација и предење

Полимеризација

Процес почиње хемијским једињењем које се назива прекурсор и које има молекуларну основу влакна. Данас се око 100 процената произведених угљеничних влакана прави од прекурсора на бази тканине или смоле, међутим, већина долази од полиакрилонитрила (ПАН), произведеног од нитрита, а нитрит долази од индустријских хемикалија пропана и амонијака.

Типично, формулација прекурсора почиње са једињењем нитрила придруженог степена које се комбинује у реактору са пластификованим акрилним комономером и катализатором попут киселине, диоксида, витриолне киселине или киселине. Континуирано комбиновање омогућава састојцима да се сједине, стварајући одређену конзистенцију и чистоћу и покрећући стварање слободних радикала у молекуларној структури нитрита. Ова модификација резултира хемијским процесом, који производи дуголанчане полимере који формирају акрилна влакна. Детаљи хемијског процеса, попут температуре, атмосфере, специфичних комономера и катализатора, су заштићени. Након прања и сушења, нитрит у облику праха се раствара у органском растварачу придруженог степена као што је диметил сулфид (DMSO), диметилацетамид (DMAC) или диметилформамид (DMF), или течном растварачу придруженог степена, као што су хлорид са атомским бројем 30 и соли родамина. Органски растварачи помажу у спречавању контаминације траговима металних честица, што може наштетити термичкој аерофилној стабилности процеса и одложити термичке перформансе готовог влакна. У овој фази, суспензија праха и растварача или „премаза“ прекурсора је конзистенције сирупа. Избор растварача, а самим тим и степен управљања заштитним слојем премаза (кроз дубинску филтрацију), од виталног је значаја за успех наредне фазе формирања влакана.
Спининг
ПАН влакна се обликују методом која се назива мокро предење. Премаз се урања у течну каду са природним процесом и екструдира кроз отвор у млазници направљеној од вредног метала. Пролаз је прилагођен потребном броју филамената ПАН влакана (нпр. 12.000 отвора од 12К угљеничних влакана). Ово релативно дебело и крхко мокро предено влакно се провлачи кроз ваљак да би се уклонио вишак средства, затим се суши и растеже да би се наставила оријентација ПАН једињења. Овде се облик и унутрашњи попречни пресек филамената одређују степеном у којем изабрани растварач и средство продиру у прекурсорска влакна, количином примењеног напона и продужетком влакана. Ово последње је власништво сваког произвођача. Алтернатива мокром предењу може бити комбиновани поступак који се назива суво пескарење/мокро предење, који користи вертикални ваздушни зазор између влакана и каде са природним процесом. Ово доводи до елегантних сферних ПАН влакана која побољшавају спој влакана/матричног колофона унутар композита. Последњи корак у формирању ПАН прекурсорских влакана је употреба завршних уља како би се спречило агломерирање вискозних филамената. Бела ПАН влакна се затим поново суше и намотавају на калем.

Оксидација и карбонизација

Оксидација

Ове калемове се стављају у корпу, и током најдуже производње, фазе оксидације, ПАН влакна се провлаче кроз низ наменских пећи. Пре него што уђу у главни кухињски апарат, ПАН влакна се увијају у кудељу или лист који се назива основа. Температура коморе се креће од око 200 °C до 300 степени Целзијуса.

Да би се избегло прекомерно ослобађање топлоте (процењено ослобађање енталпије током оксидације, које се може израчунати на 2.000 kJ/килограм, што је права опасност од камина), произвођачи кухињских апарата користе расподелу протока ваздуха како би помогли у расипању топлоте и контроли температуре. Покретано одређеном хемикалијом прекурсора, време оксидације је различито, али Литлер процењује да ће се влакно од 24K мењати брзином од око 43 стопе на 13 метара у минути на превеликој линији са више оксидационих пећи. Коначно, измењена (стабилизована) PAN влакна садрже од око 500 до око 65 молекула угљеника, док је остатак газ, мешавина атомског броја 7 и O.
Карбонизација
Карбонизација се одвија у инертној (без кисеоника) атмосфери у низу специјално дизајнираних пећи, постепено повећавајући температуру процеса. На површини воде и излазу из сваке коморе, комора за побољшање спречава продор O2, јер сваки молекул O2 који пролази кроз уређај уклања део влакана. Ово може спречити губитак угљеника генерисаног на таквој температури. У одсуству O2, само молекули који нису угљеник, укључујући једињења и друга испарљива органска једињења (стабилизована на нивоу од 40 до 80 ppm) и честице (као што су делимично депоновани фрагменти влакана) се уклањају и испуштају из уређаја на накнадну обраду у пећи са контролисаном температуром. Карбонизација почиње у температурној комори, преносећи влакна на око 700 °C до 800 °C и завршавајући се у термичкој комори на око 1200 °C до 1500 °C. 1500 °C). Број комора одређује модул потребан унутар угљеничних влакана; релативно висока цена угљеничних влакана високог и умерено високог модула делимично је последица трајања и температуре коју мора постићи пећ за загревање. Иако је трајање заштићено и свака врста угљеничних влакана је потпуно другачија, трајање оксидације се рачуна у сатима, али се брзина карбонизације смањује за ред величине у минутима. Када влакно промени стање, смањује тежину и запремину, скраћује дужину за 5 до 100% и смањује пречник. У ствари, квантитативни однос конверзије ПАН прекурсора у ПАН угљенична влакна је око 2:1, а способност померања је мања од једног пара - то јест, много мање материјала улази у процес. Ова методологија комбинује молекуле О2 из ваздуха са ПАН влакнима унутар основе и покреће умрежавање сложених ланаца. Ово ће повећати густину влакана са ~1,18 г / цц до 1,38 г / цц.

Површинска обрада и димензионисање

Површинска обрада и димензионисање
Следећи корак је неопходан за перформансе влакана и, поред прекурсора, најбоље разликује производ једног добављача од производа конкурената. Адхезија између матричног органског једињења и самим тим угљеничних влакана је неопходна за ојачавање композита; током целог процеса производње угљеничних влакана, површинска обрада се врши како би се побољшала ова адхезија.

Време објаве: 01.11.2018.

Како направити угљенична влакна?

КАКО НАПРАВИТИ УГЉЕНИЧНА ВЛАКАНА?

Полимеризација и предење

Оксидација и карбонизација

Површинска обрада и димензионисање