Karbon fiber nasıl yapılır?

Benzer olmayan malzemelerin (fiber ve reçine) kombinasyonlarından oluşan karbon fiber, değişkenlikleri ve dolayısıyla uyarlanabilirlikleri, çekiciliklerinin merkezinde yer alır. Bir metal ikamesi olarak, karbon fiber kompozitler çeliğin on katı mukavemet sağlar. Karbon fiber üreticileri benzer ancak aynı olmayan ürünler yaratır. Karbon fiber, çekme modülünde (veya gerginlik altında deformasyon olarak belirlenen sertlikte) ve çekme, sıkıştırma ve yorulma mukavemetinde değişiklik gösterir

PAN bazlı karbon fiber günümüzde düşük modül (otuz iki milyon lbf/in² veya Msi'den az), geleneksel modül (33 ila otuz altı Msi), orta modül (40 ila 50 Msi), yüksek modül (50 ila 70 Msi) ve ultra yüksek modül (70 ila 140 Msi) olarak elde edilebilmektedir.
En basit tabirle, karbon fiber, 1800°F (982.22 °C)'den daha yüksek sıcaklıklarda, inert atmosferde organik öncül fiberin kaydırılmasıyla oluşturulur. Ancak karbon fiber üretimi ileri bir girişim olabilir.

karbon fiber

Polimerizasyon ve İplik Üretimi

Polimerizasyon

Süreç, elyafın moleküler omurgasına sahip bir öncü olarak adlandırılan kimyasal bir bileşik hammadde ile başlar. Günümüzde, üretilen karbon elyafın yaklaşık %100'ü kumaş veya zift bazlı öncülerden üretilir, ancak çoğu nitritten üretilen poliakrilonitrilden (PAN) gelir ve nitrit, endüstriyel kimyasallar olan propan ve amonyaktan gelir.

Tipik olarak, öncü formülasyon, bir çok reaktörde plastikleştirilmiş bir akrilik ko-monomer ve asit, dioksit, vitriol yağı veya asit gibi bir katalizörle birleştirilen bir nitril bileşiği ile başlar. Sürekli birleştirme, bileşenlerin birleşmesini, belirli bir tutarlılık ve saflık sağlamasını ve nitritin moleküler yapısı içinde serbest radikallerin oluşumunu başlatmasını sağlar. Bu değişiklik, akrilik lifler oluşturan uzun zincirli polimerler üreten kimyasal bir işlemle sonuçlanır. Sıcaklık, atmosfer, belirli ko-monomerler ve katalizörler gibi kimyasal işlemin ayrıntıları, kare ölçüsü tescillidir. Yıkama ve kurutmadan sonra, toz halindeki nitrit, dim etil sülfür (DMSO), dimetilasetamid (DMAC) veya dimetilformamid (DMF) gibi bir organik çözücüde veya atom numarası 30 klorür ve rodamin tuzları gibi bir sıvı çözücüde çözülür. Organik çözücüler, yöntemin termal aerofilik kararlılığına zarar verebilecek ve bitmiş elyafın ısı performansını geciktirebilecek eser metal parçacık kontaminasyonunu önlemeyi kolaylaştırır. Bu aşamada, toz ve çözücü süspansiyonu veya öncül "kaplama" şurubun kıvamındadır. Çözücünün seçimi ve dolayısıyla kaplamanın kötülüğünün yönetim derecesi (derinlemesine filtrasyon yoluyla) lif oluşumunun ardışık aşamasının başarısı için hayati önem taşır.
Döndürme
PAN lifleri ıslak eğirme adı verilen bir yöntemle biçimlendirilir. Kaplama, sıvı doğal işlem küvetine daldırılır ve değerli malzemeden üretilen bir eğirme memesindeki bir delikten ekstrüde edilir. Geçit, PAN lifinin gerekli filament çeşidine (örneğin, 12K karbon fiberin 12.000 deliği) eşleştirilir. Nispeten kalın ve kırılgan olan bu ıslak eğirme lifi, fazla maddeden kurtulmak için bir silindirden çekilir, ardından kurutulur ve PAN bileşiğinin yönelimini sürdürmek için gerilir. Burada, filamentlerin şekli ve iç kesiti, seçilen çözücünün ve maddenin öncül liflere nüfuz etme derecesi, uygulanan gerilim miktarı ve filamentlerin pc uzaması tarafından belirlenir. İkincisi, her üreticiye özeldir. Islak eğirmeye bir alternatif, lifler ve doğal işlem küveti arasında dikey bir hava boşluğu kullanan kuru püskürtme/ıslak eğirme adı verilen bir karma yöntem olabilir. Bu, kompozit içindeki elyaf/matris reçine arayüzünü geliştiren şık küresel bir PAN elyafına yol açar. PAN öncül elyaflarının oluşumundaki son adım, viskoz filamentlerin kümelenmesini önlemek için bitirme yağlarının kullanılmasıdır. Beyaz PAN elyafları daha sonra tekrar kurutulur ve bir makaraya sarılır.
karbon fiber oksidasyon fırını

Oksidasyon ve Karbonizasyon

Oksidasyon

Bu bobinler sepete yüklenir ve en uzun üretim, oksidasyon aşamasında, PAN lifleri bir dizi özel fırından geçirilir. Birincil mutfak aletine girmeden önce, PAN lifleri çözgü adı verilen bir çekme veya tabakaya dönüşür. Oda sıcaklığı 392 °F (yaklaşık 200 °C) ile 572 °F (300 santigrat derece) arasında değişir.

Kaçak ısı kaybını önlemek için (oksidasyon boyunca tahmini entalpi kaybı, 2.000 kJ / kilogram olarak hesaplanabilir, Gerçek yangın tehlikesini hareket ettirir), mutfak aleti üreticileri ısıyı dağıtmaya ve sıcaklığı yönetmeye yardımcı olmak için bir dizi hava akış stili kullanır. Belirli bir öncü kimyasal tarafından yönlendirilen oksidasyon süresi tamamen farklıdır, ancak Littler, 24K çekmenin, birden fazla oksidasyon fırınına sahip büyük bir hat üzerinde dakikada yaklaşık 13 metre başına yaklaşık 43 fit oranında değiştirileceğini tahmin ediyor. Son olarak, alter (stabilize edilmiş) PAN lifleri, dengeyi gaz, atom numarası 7 ve O'nun bir karışımı olan yaklaşık beş yüzüncü ila yaklaşık altmış beşinci karbon molekülleri içerir.
Karbonizasyon
Karbonizasyon, özel olarak tasarlanmış bir dizi fırında inert (oksijensiz) bir atmosferde gerçekleşir ve işlem sıcaklığını adım adım artırır. Su gövdesinde ve her bölmenin çıkışında, iyileştirme bölmesi, mutfak aletinden geçen her O molekülünün liflerin bir kısmını uzaklaştırması sonucunda O girişini önler. Bu, böyle bir ısıda oluşan karbon kaybını önleyebilir. O yokluğunda, yalnızca karbon olmayan moleküller, bileşik ve diğer uçucu organik bileşikler (kırk ila seksen ppm derece seviyesinde stabilize edilmiş) ve partiküller (kısmen biriken lif parçaları gibi) uzaklaştırılır ve çevre kontrollü bir fırında son işlem için mutfak aletinden boşaltılır. Karbonizasyon bir sıcaklık odasında başlar, lifleri 1292 °F (yaklaşık 700 °C) ila 1472 °F (700 °C ila 800 °C) sıcaklığa aktarır ve 2192 °F (yaklaşık 1.200 °C) ila 2732 °F (yaklaşık 1.500 °C) sıcaklıktaki bir ısı odasında sona erer. Odaların sayısı karbon fiber içinde ihtiyaç duyulan modüle göre belirlenir; yüksek ve orta düzeyde yüksek modüllü karbon fiberlerin nispeten yüksek fiyatı, kısmen ısı fırını tarafından elde edilmesi gereken süreklilik ve sıcaklığa bağlıdır. Süreklilik tescilli olmasına ve her karbon fiber sınıfının tamamen farklı olmasına rağmen, oksidasyon sürekliliği saatler cinsinden hesaplanır, ancak karbonizasyon oranı dakikalar cinsinden bir büyüklük sırasına göre azalır. Lif durum değiştirdiğinde, ağırlığı ve hacmi azalır, uzunluğu %5 ila %100 oranında kısalır ve çapı küçülür. Aslında, PAN öncüsünün PAN karbon fiberine dönüşüm niceliksel ilişkisi yaklaşık 2:1'dir ve ayrıca yer değiştirme yeteneği bir çiftten daha azdır — yani, yönteme çok daha az malzeme girer. Bu metodoloji, havadaki O moleküllerini çözgü içindeki PAN lifleriyle birleştirir ve bileşik zincirlerinin çapraz bağlanmasını başlatır. Bu, lif yoğunluğunu ~1,18 g / cc'den 1,38 g / cc'ye çıkaracaktır.
karbon fiber Karbonizasyon

Yüzey işleme ve boyutlandırma

Yüzey işleme ve boyutlandırma
Bir sonraki adım elyaf performansı için önemlidir ve öncüllere ek olarak, bir tedarikçinin ürününü rakiplerinin ürününden en iyi şekilde ayırır. Matris organik bileşiği ile dolayısıyla karbon elyafları arasındaki yapışma, kompoziti güçlendirmek için önemlidir; karbon elyaf üretim yöntemi boyunca, bu yapışmayı artırmak için bir yüzey işlemi gerçekleştirilir.

Üreticiler tamamen farklı tedavi yöntemleri kullanırlar, ancak standart teknik, elyafları dezenfektan veya asit gibi cevabı içeren ilişkili kimya veya hücreden çekmektir. Bu malzemeler, her filamentin yüzeyini basar veya değiştirir, bu da yüzey elyafı/matris bağlanması için erişilebilir alanı artıracak ve karboksi asitler gibi reaktif kimyasal gruplar ekleyecektir. Sonra, boyutlar olarak bilinen son derece tescilli bir kaplama uygulayın. Karbon elyafının ağırlığının %0,5 ila %5'inde, boyut karbon elyaflarını işlem ve süreç boyunca (örneğin, dokuma) kuru bir bez ve bir prepreg gibi ilişkili ara tipte korur. Boyut ayrıca, tüyleri azaltmak, işlem kabiliyetini iyileştirmek ve elyaflar ile matris organik bileşiği arasındaki yüzey kayma mukavemetini artırmak için mono filamentleri tutar.

Gönderi zamanı: Nov-01-2018
WhatsApp Online Sohbet!