21. yüzyılda yeni malzemelerin kralı olarak bilinen karbon elyaf, malzemeler arasında parlak bir incidir.Karbon elyaf (CF), %90'dan fazla karbon içeriğine sahip bir tür inorganik elyaftır.Organik elyaflar (viskon esaslı, zift esaslı, poliakrilonitril esaslı elyaflar vb.) yüksek sıcaklıkta pirolize edilir ve karbonlaştırılarak karbon omurgası oluşturulur.
Yeni nesil güçlendirilmiş elyaf olarak karbon elyaf mükemmel mekanik ve kimyasal özelliklere sahiptir.Sadece karbon malzemelerin doğal özelliklerine sahip olmakla kalmıyor, aynı zamanda tekstil elyafının yumuşaklığına ve işlenebilirliğine de sahip.Bu nedenle havacılık, enerji ekipmanları, ulaşım, spor ve eğlence alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Hafiflik: Mükemmel performansa sahip stratejik yeni bir malzeme olarak karbon fiberin yoğunluğu, magnezyum ve berilyumun yoğunluğuyla hemen hemen aynıdır, çeliğin yoğunluğunun 1/4'ünden azdır.Karbon fiber kompozitin yapısal malzeme olarak kullanılması yapısal ağırlığı %30 – %40 oranında azaltabilir.
Yüksek mukavemet ve yüksek modül: Karbon fiberin özgül mukavemeti çeliğinkinden 5 kat, alüminyum alaşımından 4 kat daha yüksektir;Spesifik modül diğer yapısal malzemelerin 1,3-12,3 katıdır.
Küçük genleşme katsayısı: çoğu karbon fiberin termal genleşme katsayısı oda sıcaklığında negatiftir, 200-400 0C'de 0 ve 1000 1000 × 10-6 / K'nin altında yalnızca 1,5, yüksek çalışma nedeniyle genleşmesi ve deforme olması kolay değil sıcaklık.
İyi kimyasal korozyon direnci: Karbon fiber yüksek saf karbon içeriğine sahiptir ve karbon en kararlı kimyasal elementlerden biridir, bu da asit ve alkali ortamlarda çok istikrarlı bir performans sağlar ve her türlü kimyasal korozyon önleyici ürüne dönüştürülebilir.
Güçlü yorulma direnci: karbon fiberin yapısı stabildir.Polimer ağının istatistiklerine göre, milyonlarca döngü stres yorulma testi sonrasında kompozitin mukavemet tutma oranı hala %60 iken çeliğin %40, alüminyumun %30 ve cam elyaf takviyeli plastiğin sadece %20'dir. % – %25.
Karbon fiber kompozit, karbon fiberin yeniden güçlendirilmesidir.Her ne kadar karbon fiber tek başına kullanılabilse ve belirli bir işlev görse de sonuçta kırılgan bir malzemedir.Ancak karbon fiber kompozit oluşturmak için matris malzemesiyle birleştirildiğinde mekanik özelliklerine daha iyi katkı sağlayabilir ve daha fazla yük taşıyabilir.
Karbon fiberler öncül türü, üretim yöntemi ve performansı gibi farklı boyutlara göre sınıflandırılabilir.
Öncül türüne göre: poliakrilonitril (Pan) bazlı, zift bazlı (izotropik, mezofaz);Viskon bazlı (selüloz bazlı, suni ipek bazlı).Bunlar arasında poliakrilonitril (Pan) bazlı karbon fiber ana akım konumunu işgal ediyor ve çıktısı toplam karbon fiberin %90'ından fazlasını oluştururken viskon bazlı karbon fiber %1'den azını oluşturuyor.
Üretim koşullarına ve yöntemlerine göre: karbon fiber (800-1600 №), grafit fiber (2000-3000 №), aktif karbon fiber, buharla büyütülmüş karbon fiber.
Mekanik özelliklere göre genel tip ve yüksek performanslı tipe ayrılabilir: genel tip karbon fiberin mukavemeti yaklaşık 1000MPa'dır ve modül yaklaşık 100GPa'dır;Yüksek performanslı tip, yüksek mukavemetli tipe (mukavemet 2000mPa, modül 250gpa) ve yüksek modele (modül 300gpa veya daha fazla) ayrılabilir; bunların arasında 4000mpa'dan büyük mukavemet aynı zamanda ultra yüksek mukavemetli tip olarak da adlandırılır ve modül 450gpa'dan büyük ultra yüksek model olarak adlandırılıyor.
Çekme boyutuna göre, küçük çekme ve büyük çekme olarak ayrılabilir: küçük çekme karbon fiber, ilk aşamada esas olarak 1K, 3K ve 6K'dır ve yavaş yavaş esas olarak havacılık, sporda kullanılan 12K ve 24K'ya geliştirilir. ve eğlence alanları.48K'nin üzerindeki karbon liflerine genellikle büyük çekme karbon lifleri adı verilir ve bunlar arasında çoğunlukla endüstriyel alanlarda kullanılan 48K, 60K, 80K vb. bulunur.
Çekme mukavemeti ve çekme modülü, karbon fiberin özelliklerini değerlendirmek için iki ana endekstir.Buna dayanarak Çin, 2011 yılında PAN bazlı karbon elyaf için ulusal standardı (GB / t26752-2011) ilan etti. Aynı zamanda, Toray'ın küresel karbon elyaf endüstrisindeki mutlak lider avantajı nedeniyle, çoğu yerli üretici de Toray'ın sınıflandırma standardını benimsiyor. referans olarak.
1.2 yüksek bariyerler yüksek katma değer getirir.Sürecin iyileştirilmesi ve seri üretimin gerçekleştirilmesi, maliyeti önemli ölçüde azaltabilir ve verimliliği artırabilir
1.2.1 Endüstrinin teknik engeli yüksektir, öncül üretimi temeldir ve karbonizasyon ve oksidasyon anahtardır
Karbon elyafın üretim süreci karmaşıktır ve yüksek ekipman ve teknoloji gerektirir.Her bir bağlantının hassasiyetinin, sıcaklığının ve süresinin kontrolü, nihai ürünün kalitesini büyük ölçüde etkileyecektir.Poliakrilonitril karbon fiber, nispeten basit hazırlama süreci, düşük üretim maliyeti ve üç atığın uygun şekilde bertaraf edilmesi nedeniyle günümüzde en yaygın kullanılan ve en yüksek çıktıya sahip karbon fiber haline gelmiştir.Ana hammadde propan ham petrolden yapılabilir ve PAN karbon elyaf endüstrisi zinciri, birincil enerjiden terminal uygulamasına kadar eksiksiz bir üretim sürecini içerir.
Ham petrolden propan hazırlandıktan sonra propilen, propanın seçici katalitik dehidrojenasyonu (PDH) yoluyla elde edildi;
Akrilonitril propilenin amoksidasyonuyla elde edildi.Poliakrilonitril (Pan) öncüsü, akrilonitrilin polimerizasyonu ve döndürülmesiyle elde edildi;
Poliakrilonitril, karbon fiber kompozitlerin üretimi için karbon fiber kumaş ve karbon fiber prepreg haline getirilebilen karbon fiber elde etmek için önceden oksitlenir, düşük ve yüksek sıcaklıkta karbonize edilir;
Karbon fiber, karbon fiber kompozitler oluşturmak için reçine, seramik ve diğer malzemelerle birleştirilir.Son olarak, alt uygulamalara yönelik nihai ürünler çeşitli kalıplama işlemleriyle elde edilir;
Öncü maddenin kalitesi ve performans düzeyi, karbon elyafın nihai performansını doğrudan belirler.Bu nedenle, eğirme çözümünün kalitesinin arttırılması ve öncü oluşum faktörlerinin optimize edilmesi, yüksek kaliteli karbon elyafın hazırlanmasında kilit noktalar haline gelir.
"Poliakrilonitril bazlı karbon elyaf öncülünün üretim prosesi araştırması"na göre eğirme işlemi temel olarak üç kategoriyi içermektedir: ıslak eğirme, kuru eğirme ve kuru ıslak eğirme.Şu anda ıslak eğirme ve kuru ıslak eğirme esas olarak yurt içinde ve yurt dışında poliakrilonitril öncüsü üretmek için kullanılmaktadır; bunlar arasında ıslak eğirme en yaygın kullanılanıdır.
Islak eğirme ilk olarak eğirme solüsyonunu düze deliğinden dışarı çıkarır ve eğirme solüsyonu küçük bir akış şeklinde pıhtılaşma banyosuna girer.Poliakrilonitril eğirme çözeltisinin eğirme mekanizması, eğirme çözeltisi ile pıhtılaşma banyosundaki DMSO konsantrasyonu arasında büyük bir boşluk olması ve ayrıca pıhtılaşma banyosundaki su konsantrasyonu ile poliakrilonitril çözeltisi arasında da büyük bir boşluk bulunmasıdır.Yukarıdaki iki konsantrasyon farkının etkileşimi altında, sıvı iki yönde yayılmaya başlar ve sonunda kütle transferi, ısı transferi, faz dengesi hareketi ve diğer işlemler yoluyla filamentler halinde yoğunlaşır.
Öncül üretiminde artık DMSO miktarı, lif boyutu, monofilament mukavemeti, modül, uzama, yağ içeriği ve kaynar su çekmesi öncül kalitesini etkileyen temel faktörler haline gelir.Örnek olarak DMSO'nun kalıntı miktarını ele alırsak, nihai karbon fiber ürününün öncülünün görünen özellikleri, kesit durumu ve CV değeri üzerinde etkisi vardır.Artık DMSO miktarı ne kadar düşükse, ürünün performansı da o kadar yüksek olur.Üretimde, DMSO esas olarak yıkama yoluyla uzaklaştırılır, dolayısıyla yıkama sıcaklığının, süresinin, tuzdan arındırılmış su miktarının ve yıkama döngüsü miktarının nasıl kontrol edileceği önemli bir bağlantı haline gelir.
Yüksek kaliteli poliakrilonitril öncüsü aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır: yüksek yoğunluk, yüksek kristallik, uygun mukavemet, dairesel kesit, daha az fiziksel kusur, pürüzsüz yüzey ve düzgün ve yoğun kabuk çekirdek yapısı.
Karbonizasyon ve oksidasyonun sıcaklık kontrolü anahtardır.Karbonizasyon ve oksidasyon, öncüllerden karbon fiber nihai ürünlerinin üretiminde önemli bir adımdır.Bu adımda sıcaklığın doğruluğu ve aralığı doğru bir şekilde kontrol edilmelidir, aksi takdirde karbon fiber ürünlerin çekme mukavemeti önemli ölçüde etkilenecek ve hatta telin kırılmasına neden olacaktır.
Ön oksidasyon (200-300 ℉): Ön oksidasyon işleminde, PAN öncüsü, oksitleyici atmosferde belirli bir gerilim uygulanarak yavaş ve hafif bir şekilde oksitlenir ve tava düz zinciri temelinde çok sayıda halka yapısı oluşturulur. Daha yüksek sıcaklık tedavisine dayanma amacına ulaşın.
Karbonizasyon (maksimum sıcaklık 1000 °C'den düşük değil): Karbonizasyon işlemi inert atmosferde gerçekleştirilmelidir.Karbonizasyonun erken aşamasında tava zinciri kırılır ve çapraz bağlanma reaksiyonu başlar;Sıcaklığın artmasıyla birlikte termal ayrışma reaksiyonu çok sayıda küçük moleküllü gaz açığa çıkarmaya başlar ve grafit yapısı oluşmaya başlar;Sıcaklık daha da arttığında karbon içeriği hızla arttı ve karbon lifi oluşmaya başladı.
Grafitleştirme (işlem sıcaklığı 2000°C'nin üzerinde): Grafitleştirme, karbon fiber üretimi için gerekli bir işlem değil, isteğe bağlı bir işlemdir.Karbon fiberin elastik modülünün yüksek olması bekleniyorsa grafitleştirmeye ihtiyaç vardır;Karbon fiberin yüksek mukavemeti bekleniyorsa grafitleştirmeye gerek yoktur.Grafitleştirme işleminde, yüksek sıcaklık, fiberin gelişmiş bir grafit ağ yapısı oluşturmasını sağlar ve yapı, nihai ürünü elde etmek için çizilerek bütünleştirilir.
Yüksek teknik engeller, sonraki ürünlere yüksek katma değer sağlıyor ve havacılık kompozitlerinin fiyatı ham ipeğin fiyatından 200 kat daha yüksek.Karbon elyaf hazırlamanın ve karmaşık prosesin yüksek zorluğundan dolayı, ürünler ne kadar aşağı yönde olursa, katma değer de o kadar yüksek olur.Özellikle havacılık alanında kullanılan üst düzey karbon fiber kompozitler için, alt müşterilerin güvenilirlik ve stabilite konusunda çok katı gereksinimleri olduğundan, ürün fiyatı da sıradan karbon fiberle karşılaştırıldığında geometrik çoklu bir büyüme gösteriyor.
Gönderim zamanı: Temmuz-22-2021