Oglekļa šķiedra, kas 21. gadsimtā tika dēvēta par jauno materiālu karali, ir koša materiālu pērle.Oglekļa šķiedra (CF) ir sava veida neorganiskā šķiedra ar vairāk nekā 90% oglekļa saturu.Organiskās šķiedras (šķiedras uz viskozes bāzes, uz piķa bāzes, uz poliakrilnitrila bāzes utt.) tiek pirolizētas un karbonizētas augstā temperatūrā, veidojot oglekļa mugurkaulu.
Kā jaunai pastiprinātai šķiedrai oglekļa šķiedrai ir lieliskas mehāniskās un ķīmiskās īpašības.Tam ir ne tikai oglekļa materiāliem raksturīgās īpašības, bet arī tekstilšķiedras maigums un apstrādājamība.Tāpēc to plaši izmanto kosmosa, enerģijas aprīkojuma, transporta, sporta un atpūtas jomās
Viegls svars: kā stratēģiski jauns materiāls ar izcilu veiktspēju, oglekļa šķiedras blīvums ir gandrīz tāds pats kā magnija un berilija blīvums, mazāk nekā 1/4 no tērauda blīvuma.Izmantojot oglekļa šķiedras kompozītmateriālu kā konstrukcijas materiālu, var samazināt konstrukcijas svaru par 30% – 40%.
Augsta izturība un augsts modulis: oglekļa šķiedras īpatnējā stiprība ir 5 reizes lielāka nekā tērauda un 4 reizes lielāka nekā alumīnija sakausējuma stiprība;Īpatnējais modulis ir 1,3-12,3 reizes lielāks par citiem konstrukcijas materiāliem.
Mazs izplešanās koeficients: vairumam oglekļa šķiedru termiskās izplešanās koeficients ir negatīvs istabas temperatūrā, 0 pie 200-400 ℃ un tikai 1,5 pie mazāk nekā 1000 ℃ × 10-6 / K, nav viegli izplesties un deformēties augstās darba efektivitātes dēļ. temperatūra.
Laba ķīmiskā izturība pret koroziju: oglekļa šķiedrai ir augsts tīrā oglekļa saturs, un ogleklis ir viens no stabilākajiem ķīmiskajiem elementiem, kā rezultātā tā ļoti stabili darbojas skābju un sārmu vidē, ko var izgatavot visu veidu ķīmiskos pretkorozijas produktos.
Spēcīga noguruma izturība: oglekļa šķiedras struktūra ir stabila.Saskaņā ar polimēru tīkla statistiku, pēc miljoniem sprieguma noguruma testa ciklu kompozītmateriāla izturības saglabāšanas koeficients joprojām ir 60%, bet tērauda izturības rādītājs ir 40%, alumīnija - 30%, un stikla šķiedras pastiprinātas plastmasas ir tikai 20%. % – 25%.
Oglekļa šķiedras kompozīts ir oglekļa šķiedras atkārtota nostiprināšana.Lai gan oglekļa šķiedru var izmantot atsevišķi, un tai ir noteikta funkcija, tā galu galā ir trausls materiāls.Tikai tad, ja to apvieno ar matricas materiālu, veidojot oglekļa šķiedras kompozītmateriālu, tas var uzlabot tā mehāniskās īpašības un izturēt lielāku slodzi.
Oglekļa šķiedras var klasificēt pēc dažādiem izmēriem, piemēram, prekursora veida, ražošanas metodes un veiktspējas
Pēc prekursora veida: uz poliakrilnitrila (Pan) bāzes, uz piķa bāzes (izotrops, mezofāze);Viskozes bāze (celulozes bāze, viskozes bāze).To vidū oglekļa šķiedra uz poliakrilnitrila (Pan) bāzes ieņem galveno vietu, un tās produkcija veido vairāk nekā 90% no kopējās oglekļa šķiedras, savukārt uz viskozes bāzes veidotā oglekļa šķiedra veido mazāk nekā 1%.
Atbilstoši ražošanas apstākļiem un metodēm: oglekļa šķiedra (800-1600 ℃), grafīta šķiedra (2000-3000 ℃), aktīvās ogles šķiedra, tvaikos audzēta oglekļa šķiedra.
Saskaņā ar mehāniskajām īpašībām to var iedalīt vispārējā tipa un augstas veiktspējas tipa: vispārējā tipa oglekļa šķiedras izturība ir aptuveni 1000 MPa, bet modulis ir aptuveni 100 GPa;Augstas veiktspējas tipu var iedalīt augstas stiprības tipā (stiprība 2000 mPa, modulis 250 gpa) un augstajā modelī (modulis 300 gpa vai vairāk), starp kuriem stiprību, kas lielāka par 4000 mpa, sauc arī par īpaši augstas stiprības tipu, un modulis, kas lielāks par 450 gpa, ir. sauc par īpaši augstu modeli.
Atbilstoši tauvas izmēram to var iedalīt mazās tauvas un lielajās tauvās: mazās tauvas oglekļa šķiedras sākotnējā stadijā galvenokārt ir 1K, 3K un 6K, un pakāpeniski attīstījās par 12K un 24K, ko galvenokārt izmanto aviācijā, sportā. un atpūtas laukumi.Oglekļa šķiedras virs 48K parasti sauc par lielām tauvas oglekļa šķiedrām, tostarp 48K, 60K, 80K utt., kuras galvenokārt izmanto rūpniecības jomās.
Stiepes izturība un stiepes modulis ir divi galvenie rādītāji, lai novērtētu oglekļa šķiedras īpašības.Pamatojoties uz to, Ķīna 2011. gadā izsludināja nacionālo standartu uz PAN balstītai oglekļa šķiedrai (GB / t26752-2011). Tajā pašā laikā, ņemot vērā Toray absolūto vadošo priekšrocību globālajā oglekļa šķiedras nozarē, lielākā daļa vietējo ražotāju pieņem arī Toray klasifikācijas standartu. kā atsauci.
1.2. Augstas barjeras rada augstu pievienoto vērtību.Procesa uzlabošana un masveida ražošanas realizācija var ievērojami samazināt izmaksas un palielināt efektivitāti
1.2.1. nozares tehniskā barjera ir augsta, prekursoru ražošana ir galvenais, un karbonizācija un oksidēšana ir galvenais.
Oglekļa šķiedras ražošanas process ir sarežģīts, kas prasa augstu aprīkojumu un tehnoloģijas.Katras saites precizitātes, temperatūras un laika kontrole lielā mērā ietekmēs gala produkta kvalitāti.Poliakrilnitrila oglekļa šķiedra ir kļuvusi par pašlaik visplašāk izmantoto un vislielāko oglekļa šķiedru, pateicoties tās salīdzinoši vienkāršajam sagatavošanas procesam, zemajām ražošanas izmaksām un ērtai trīs atkritumu iznīcināšanai.Galveno izejmateriālu propānu var izgatavot no jēlnaftas, un PAN oglekļa šķiedras rūpniecības ķēde ietver pilnu ražošanas procesu no primārās enerģijas līdz termināla pielietojumam.
Pēc tam, kad propāns tika pagatavots no jēlnaftas, propilēnu ieguva ar propāna selektīvās katalītiskās dehidrogenēšanas (PDH) palīdzību;
Akrilnitrils tika iegūts, ammoksidējot propilēnu.Poliakrilnitrila (Pan) prekursors iegūts, polimerizējot un vērpjot akrilnitrilu;
Poliakrilnitrils tiek iepriekš oksidēts, karbonizēts zemā un augstā temperatūrā, lai iegūtu oglekļa šķiedru, no kuras var izgatavot oglekļa šķiedras audumu un oglekļa šķiedras prepregu oglekļa šķiedras kompozītmateriālu ražošanai;
Oglekļa šķiedra tiek apvienota ar sveķiem, keramiku un citiem materiāliem, veidojot oglekļa šķiedras kompozītmateriālus.Visbeidzot, galaproduktus pakārtotajiem lietojumiem iegūst, izmantojot dažādus liešanas procesus;
Prekursora kvalitāte un veiktspējas līmenis tieši nosaka oglekļa šķiedras galīgo veiktspēju.Tāpēc vērpšanas šķīduma kvalitātes uzlabošana un prekursoru veidošanās faktoru optimizēšana kļūst par galvenajiem kvalitatīvas oglekļa šķiedras sagatavošanas punktiem.
Saskaņā ar “Izpēti par poliakrilnitrila bāzes oglekļa šķiedras prekursora ražošanas procesu” vērpšanas process galvenokārt ietver trīs kategorijas: slapjo vērpšanu, sauso vērpšanu un sauso slapjo vērpšanu.Pašlaik slapjo vērpšanu un sauso slapjo vērpšanu galvenokārt izmanto, lai ražotu poliakrilnitrila prekursorus gan mājās, gan ārvalstīs, starp kuriem visplašāk izmanto vērpšanu ar mitro vērpšanu.
Mitrā vērpšana vispirms izspiež vērpšanas šķīdumu no vērpšanas atveres, un vērpšanas šķīdums nelielas plūsmas veidā nonāk koagulācijas vannā.Poliakrilnitrila vērpšanas šķīduma vērpšanas mehānisms ir tāds, ka pastāv liela atšķirība starp DMSO koncentrāciju vērpšanas šķīdumā un koagulācijas vannā, kā arī ir liela atšķirība starp ūdens koncentrāciju koagulācijas vannā un poliakrilnitrila šķīdumu.Iepriekš minēto divu koncentrāciju atšķirību mijiedarbībā šķidrums sāk difundēt divos virzienos un, visbeidzot, kondensējas pavedienos, izmantojot masas pārnesi, siltuma pārnesi, fāzes līdzsvara kustību un citus procesus.
Prekursoru ražošanā par galvenajiem faktoriem, kas ietekmē prekursora kvalitāti, kļūst DMSO atlikuma daudzums, šķiedras izmērs, monopavedienu stiprums, modulis, pagarinājums, eļļas saturs un verdoša ūdens saraušanās.Ņemot par piemēru DMSO atlikuma daudzumu, tas ietekmē gala oglekļa šķiedras produkta prekursora šķietamās īpašības, šķērsgriezuma stāvokli un CV vērtību.Jo mazāks ir atlikušais DMSO daudzums, jo augstāka ir produkta veiktspēja.Ražošanā DMSO galvenokārt tiek noņemts mazgājot, tāpēc par svarīgu saikni kļūst tas, kā kontrolēt mazgāšanas temperatūru, laiku, atsālītā ūdens daudzumu un mazgāšanas cikla daudzumu.
Augstas kvalitātes poliakrilnitrila prekursoram jābūt ar šādām īpašībām: augsts blīvums, augsta kristāliskums, atbilstoša izturība, apļveida šķērsgriezums, mazāk fizisku defektu, gluda virsma un vienmērīga un blīva ādas kodola struktūra.
Galvenais ir karbonizācijas un oksidācijas temperatūras kontrole.Karbonizācija un oksidēšana ir būtisks posms oglekļa šķiedras galaproduktu ražošanā no prekursora.Šajā solī precīzi jākontrolē temperatūras precizitāte un diapazons, pretējā gadījumā oglekļa šķiedras izstrādājumu stiepes izturība tiks būtiski ietekmēta un pat novedīs pie stieples pārrāvuma.
Preoksidācija (200-300 ℃): pirmsoksidēšanas procesā PAN prekursors tiek lēni un viegli oksidēts, pieliekot noteiktu spriegumu oksidējošā atmosfērā, veidojot lielu skaitu gredzenu struktūru uz pannas taisnās ķēdes pamata, lai sasniegt mērķi izturēt augstākas temperatūras apstrādi.
Karbonizācija (maksimālā temperatūra nav zemāka par 1000 ℃): karbonizācijas process jāveic inertā atmosfērā.Karbonizācijas sākumposmā katla ķēde pārtrūkst un sākas šķērssaistīšanas reakcija;Paaugstinoties temperatūrai, termiskās sadalīšanās reakcija sāk izdalīt lielu skaitu mazu molekulu gāzu, un sāk veidoties grafīta struktūra;Kad temperatūra vēl paaugstinājās, oglekļa saturs strauji palielinājās un sāka veidoties oglekļa šķiedra.
Grafitizācija (apstrādes temperatūra virs 2000 ℃): grafitizācija nav nepieciešams process oglekļa šķiedras ražošanai, bet gan neobligāts process.Ja ir sagaidāms augsts oglekļa šķiedras elastības modulis, ir nepieciešama grafitizācija;Ja sagaidāma liela oglekļa šķiedras stiprība, grafitizācija nav nepieciešama.Grafitizācijas procesā augstas temperatūras dēļ šķiedra veido attīstītu grafīta sieta struktūru, un struktūra tiek integrēta, zīmējot, lai iegūtu galaproduktu.
Augstas tehniskās barjeras nodrošina pakārtotajiem produktiem augstu pievienoto vērtību, un aviācijas kompozītmateriālu cena ir 200 reizes augstāka nekā jēlzīda cena.Oglekļa šķiedras sagatavošanas sarežģītības un sarežģītā procesa dēļ, jo vairāk pakārtoti produkti, jo augstāka ir pievienotā vērtība.Jo īpaši augstas klases oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem, ko izmanto kosmosa jomā, jo pakārtotajiem klientiem ir ļoti stingras prasības attiecībā uz tā uzticamību un stabilitāti, produkta cena arī uzrāda ģeometrisku daudzkārtēju pieaugumu salīdzinājumā ar parasto oglekļa šķiedru.
Izlikšanas laiks: 22. jūlijs 2021