कार्बन फाइबर उद्योगको गहिरो विश्लेषण: उच्च वृद्धि, नयाँ सामग्रीको फराकिलो ठाउँ र उच्च गुणस्तर ट्र्याक

21 औं शताब्दीमा नयाँ सामग्रीको राजा भनेर चिनिने कार्बन फाइबर सामग्रीमा चम्किलो मोती हो।कार्बन फाइबर (CF) ९०% भन्दा बढी कार्बन सामग्री भएको एक प्रकारको अकार्बनिक फाइबर हो।कार्बनिक फाइबर (भिस्कोज आधारित, पिच आधारित, पोलीएक्रिलोनिट्रिल आधारित फाइबर, आदि) लाई पाइरोलाइज्ड र उच्च तापक्रममा कार्बनाइज्ड गरी कार्बन ब्याकबोन बनाइन्छ।

प्रबलित फाइबरको नयाँ पुस्ताको रूपमा, कार्बन फाइबरमा उत्कृष्ट मेकानिकल र रासायनिक गुणहरू छन्।यसमा न केवल कार्बन सामग्रीको अन्तर्निहित विशेषताहरू छन्, तर कपडा फाइबरको कोमलता र प्रशोधन क्षमता पनि छ।तसर्थ, यो व्यापक रूपमा एयरोस्पेस, ऊर्जा उपकरण, यातायात, खेलकुद र मनोरञ्जन क्षेत्रहरूमा प्रयोग गरिन्छ

हल्का वजन: उत्कृष्ट प्रदर्शनको साथ रणनीतिक नयाँ सामग्रीको रूपमा, कार्बन फाइबरको घनत्व लगभग म्याग्नेसियम र बेरिलियमको जस्तै छ, स्टिलको 1/4 भन्दा कम।कार्बन फाइबर कम्पोजिटलाई संरचनात्मक सामग्रीको रूपमा प्रयोग गर्दा संरचनात्मक वजन 30% - 40% ले घटाउन सक्छ।

उच्च शक्ति र उच्च मोड्युलस: कार्बन फाइबरको विशिष्ट शक्ति स्टीलको भन्दा 5 गुणा बढी र एल्युमिनियम मिश्र धातुको भन्दा 4 गुणा बढी हुन्छ;विशिष्ट मोडुलस अन्य संरचनात्मक सामग्रीको 1.3-12.3 गुणा हो।

सानो विस्तार गुणांक: अधिकांश कार्बन फाइबरको थर्मल विस्तार गुणांक कोठाको तापक्रममा नकारात्मक हुन्छ, २००-४०० ℃ मा ०, र १००० ℃ × १०-६ / K भन्दा कममा मात्र १.५ हुन्छ, उच्च कामका कारण विस्तार गर्न र विकृत गर्न सजिलो हुँदैन। तापमान।

राम्रो रासायनिक जंग प्रतिरोध: कार्बन फाइबरमा उच्च शुद्ध कार्बन सामग्री छ, र कार्बन सबैभन्दा स्थिर रासायनिक तत्वहरू मध्ये एक हो, जसको परिणामस्वरूप एसिड र क्षार वातावरणमा यसको धेरै स्थिर प्रदर्शन हुन्छ, जुन सबै प्रकारका रासायनिक विरोधी जंग उत्पादनहरूमा बनाउन सकिन्छ।

बलियो थकान प्रतिरोध: कार्बन फाइबर को संरचना स्थिर छ।पोलिमर नेटवर्कको तथ्याङ्क अनुसार, तनाव थकान परीक्षणको लाखौं चक्र पछि, कम्पोजिटको बल रिटेन्सन दर अझै 60% छ, जबकि स्टिलको 40%, एल्युमिनियम 30%, र ग्लास फाइबर प्रबलित प्लास्टिक मात्र 20% छ। % - 25%।

कार्बन फाइबर कम्पोजिट कार्बन फाइबरको पुन: सुदृढीकरण हो।यद्यपि कार्बन फाइबर एक्लै प्रयोग गर्न सकिन्छ र एक विशेष प्रकार्य खेल्न सकिन्छ, यो एक भंगुर सामग्री हो।कार्बन फाइबर कम्पोजिट बनाउन म्याट्रिक्स सामग्रीसँग मिलाएर मात्र यसले यसको यान्त्रिक गुणहरूलाई राम्रोसँग खेल्न र थप भार बोक्न सक्छ।

कार्बन फाइबरलाई विभिन्न आयामहरू जस्तै पूर्ववर्ती प्रकार, निर्माण विधि र कार्यसम्पादन अनुसार वर्गीकरण गर्न सकिन्छ।

अग्रसरको प्रकार अनुसार: polyacrylonitrile (पान) आधारित, पिच आधारित (isotropic, mesophase);भिस्कोज आधार (सेलुलोज आधार, रेयन आधार)।ती मध्ये, polyacrylonitrile (Pan) आधारित कार्बन फाइबरले मूलधारको स्थिति ओगटेको छ, र यसको उत्पादन कुल कार्बन फाइबरको 90% भन्दा बढी हो, जबकि भिस्कोज आधारित कार्बन फाइबर 1% भन्दा कम हो।

निर्माण अवस्था र विधिहरू अनुसार: कार्बन फाइबर (800-1600 ℃), ग्रेफाइट फाइबर (2000-3000 ℃), सक्रिय कार्बन फाइबर, वाष्प बढेको कार्बन फाइबर।

मेकानिकल गुणहरू अनुसार, यसलाई सामान्य प्रकार र उच्च-प्रदर्शन प्रकारमा विभाजन गर्न सकिन्छ: सामान्य प्रकारको कार्बन फाइबरको शक्ति लगभग 1000MPa हो, र मोडुलस लगभग 100GPa हो;उच्च कार्यसम्पादन प्रकारलाई उच्च शक्ति प्रकार (शक्ति 2000mPa, मोडुलस 250gpa) र उच्च मोडेल (मोड्युलस 300gpa वा बढी) मा विभाजन गर्न सकिन्छ, जसमध्ये 4000mpa भन्दा ठूलो शक्तिलाई अल्ट्रा-उच्च शक्ति प्रकार पनि भनिन्छ, र 450gpa भन्दा ठूलो मोडुलस हो। अल्ट्रा-उच्च मोडेल भनिन्छ।

टो को आकार अनुसार, यसलाई सानो टो र ठूलो टो मा विभाजित गर्न सकिन्छ: सानो टो कार्बन फाइबर प्रारम्भिक चरणमा मुख्य रूपमा 1K, 3K र 6K हुन्छ, र बिस्तारै 12K र 24K मा विकसित हुन्छ, जुन मुख्य रूपमा एयरोस्पेस, खेलकुदमा प्रयोग गरिन्छ। र मनोरञ्जन क्षेत्रहरू।48K, 60K, 80K, इत्यादि सहित 48K माथिका कार्बन फाइबरहरूलाई सामान्यतया ठूलो टो कार्बन फाइबर भनिन्छ, जुन मुख्य रूपमा औद्योगिक क्षेत्रमा प्रयोग गरिन्छ।

कार्बन फाइबरको गुणहरू मूल्याङ्कन गर्न तन्य शक्ति र तन्य मोड्युलस दुई मुख्य अनुक्रमणिकाहरू हुन्।यसैको आधारमा, चीनले 2011 मा प्यान आधारित कार्बन फाइबर (GB/t26752-2011) को लागि राष्ट्रिय मापदण्ड जारी गर्यो। एकै समयमा, विश्वव्यापी कार्बन फाइबर उद्योगमा Toray को पूर्ण अग्रणी फाइदाको कारण, अधिकांश घरेलु उत्पादकहरूले पनि Toray को वर्गीकरण मानक अपनाए। सन्दर्भको रूपमा।

1.2 उच्च अवरोधहरूले उच्च थपिएको मूल्य ल्याउँछ।प्रक्रिया सुधार गर्न र ठूलो उत्पादन महसुस गर्नाले लागत घटाउन र दक्षता बढाउन सक्छ

1.2.1 उद्योगको प्राविधिक अवरोध उच्च छ, पूर्ववर्ती उत्पादन मूल हो, र कार्बनाइजेशन र अक्सीकरण प्रमुख हो

कार्बन फाइबरको उत्पादन प्रक्रिया जटिल छ, जसलाई उच्च उपकरण र प्रविधि चाहिन्छ।प्रत्येक लिङ्कको सटीकता, तापमान र समयको नियन्त्रणले अन्तिम उत्पादनको गुणस्तरलाई धेरै असर गर्नेछ।Polyacrylonitrile कार्बन फाइबर यसको तुलनात्मक रूपमा सरल तयारी प्रक्रिया, कम उत्पादन लागत र तीन फोहोरहरूको सुविधाजनक विसर्जनका कारण वर्तमानमा सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको र उच्चतम उत्पादन कार्बन फाइबर भएको छ।मुख्य कच्चा माल प्रोपेन कच्चा तेलबाट बनाउन सकिन्छ, र PAN कार्बन फाइबर उद्योग श्रृंखला प्राथमिक ऊर्जा देखि टर्मिनल आवेदन एक पूर्ण निर्माण प्रक्रिया समावेश छ।

कच्चा तेलबाट प्रोपेन तयार गरिसकेपछि, प्रोपेनको चयनात्मक उत्प्रेरक डिहाइड्रोजनेशन (PDH) द्वारा प्रोपाइलिन प्राप्त गरियो।

Acrylonitrile propylene को ammoxidation द्वारा प्राप्त गरिएको थियो।Polyacrylonitrile (Pan) अग्रसर बहुलकीकरण र acrylonitrile को कताई द्वारा प्राप्त गरिएको थियो;

Polyacrylonitrile कार्बन फाइबर प्राप्त गर्नको लागि कम र उच्च तापक्रममा पूर्व अक्सिडाइज गरिएको, कार्बनाइज गरिएको छ, जसलाई कार्बन फाइबर कपडा र कार्बन फाइबर कम्पोजिटको उत्पादनको लागि कार्बन फाइबर प्रिप्रेगमा बनाउन सकिन्छ;

कार्बन फाइबरलाई राल, सिरेमिक र अन्य सामग्रीसँग मिलाएर कार्बन फाइबर कम्पोजिट बनाइन्छ।अन्तमा, डाउनस्ट्रीम अनुप्रयोगहरूको लागि अन्तिम उत्पादनहरू विभिन्न मोल्डिंग प्रक्रियाहरूद्वारा प्राप्त गरिन्छ;

पूर्ववर्तीको गुणस्तर र प्रदर्शन स्तरले कार्बन फाइबरको अन्तिम कार्यसम्पादनलाई प्रत्यक्ष रूपमा निर्धारण गर्दछ।तसर्थ, स्पिनिङ समाधानको गुणस्तर सुधार गर्न र पूर्ववर्ती बन्ने कारकहरूलाई अनुकूलन गर्नु उच्च गुणस्तरको कार्बन फाइबर तयार गर्ने मुख्य बिन्दुहरू बन्छ।

"Polyacrylonitrile आधारित कार्बन फाइबर पूर्ववर्ती को उत्पादन प्रक्रिया को अनुसन्धान" को अनुसार, स्पिनिङ प्रक्रिया मा मुख्य रूप देखि तीन कोटिहरु समावेश गर्दछ: भिजेको कताई, ड्राई स्पिनिङ र ड्राई वेट स्पिनिंग।हाल, वेट स्पिनिङ र ड्राई वेट स्पिनिङ मुख्यतया स्वदेश र विदेशमा पोलीएक्रिलोनिट्रिल प्रिकसर उत्पादन गर्न प्रयोग गरिन्छ, जसमध्ये वेट स्पिनिङ सबैभन्दा बढी प्रयोग गरिन्छ।

भिजेको कताईले पहिले स्पिनरट प्वालबाट स्पिनिङ समाधान निकाल्छ, र स्पिनिङ घोल सानो प्रवाहको रूपमा कोगुलेसन बाथमा प्रवेश गर्छ।Polyacrylonitrile स्पिनिङ सोल्युसनको स्पिनिङ मेकानिजम भनेको स्पिनिङ घोल र कोगुलेसन बाथमा DMSO को एकाग्रताको बीचमा ठूलो अन्तर हुन्छ, र त्यहाँ कोगुलेसन बाथ र पोलीएक्रिलोनिट्रिल घोलमा पानीको सांद्रता बीच पनि ठूलो अन्तर हुन्छ।माथिको दुई एकाग्रता भिन्नताहरूको अन्तरक्रिया अन्तर्गत, तरल दुई दिशाहरूमा फैलिन सुरु हुन्छ, र अन्तमा मास ट्रान्सफर, गर्मी स्थानान्तरण, चरण सन्तुलन आन्दोलन र अन्य प्रक्रियाहरू मार्फत फिलामेन्टहरूमा गाढा हुन्छ।

अग्रसरको उत्पादनमा, DMSO को अवशिष्ट मात्रा, फाइबर साइज, मोनोफिलामेन्ट बल, मोडुलस, लम्बाइ, तेल सामग्री र उम्लिरहेको पानी संकुचन पूर्ववर्तीको गुणस्तरलाई असर गर्ने मुख्य कारकहरू बन्छन्।DMSO को अवशिष्ट रकमलाई उदाहरणको रूपमा लिएर, यसले अन्तिम कार्बन फाइबर उत्पादनको पूर्ववर्ती, क्रस-सेक्शन अवस्था र CV मानको स्पष्ट गुणहरूमा प्रभाव पार्छ।DMSO को कम अवशिष्ट मात्रा, उत्पादन को उच्च प्रदर्शन।उत्पादनमा, DMSO मुख्यतया धुलाई द्वारा हटाइन्छ, त्यसैले कसरी धुने तापक्रम, समय, डिसल्ट गरिएको पानीको मात्रा र धुने चक्रको मात्रालाई कसरी नियन्त्रण गर्ने भन्ने महत्त्वपूर्ण लिङ्क हुन्छ।

उच्च गुणस्तरको polyacrylonitrile अग्रसरमा निम्न विशेषताहरू हुनुपर्छ: उच्च घनत्व, उच्च क्रिस्टलिनिटी, उपयुक्त बल, गोलाकार क्रस सेक्शन, कम शारीरिक दोष, चिल्लो सतह र एकसमान र बाक्लो छाला कोर संरचना।

कार्बनाइजेशन र ओक्सीकरणको तापमान नियन्त्रण कुञ्जी हो।कार्बनाइजेशन र ओक्सीकरण पूर्ववर्तीबाट कार्बन फाइबर अन्तिम उत्पादनहरूको उत्पादनमा एक आवश्यक चरण हो।यस चरणमा, तापक्रमको सटीकता र दायरा सही रूपमा नियन्त्रण गर्नुपर्दछ, अन्यथा, कार्बन फाइबर उत्पादनहरूको तन्य शक्ति महत्त्वपूर्ण रूपमा प्रभावित हुनेछ, र तार टुट्न पनि नेतृत्व गर्दछ।

Preoxidation (200-300 ℃): preoxidation प्रक्रियामा, PAN अग्रसरलाई अक्सिडाइजिंग वातावरणमा एक निश्चित तनाव लागू गरेर बिस्तारै र हल्का रूपमा अक्सिडाइज गरिएको छ, प्यान सीधा चेनको आधारमा ठूलो संख्यामा रिंग संरचनाहरू बनाउँछ, ताकि उच्च तापमान उपचारको सामना गर्ने उद्देश्य प्राप्त गर्न।

कार्बनाइजेशन (अधिकतम तापक्रम 1000 ℃ भन्दा कम छैन): कार्बनीकरण प्रक्रिया निष्क्रिय वातावरणमा गरिनु पर्छ।कार्बनाइजेशनको प्रारम्भिक चरणमा, प्यान चेन टुट्छ र क्रसलिङ्किङ प्रतिक्रिया सुरु हुन्छ;तापक्रमको बृद्धिसँगै, थर्मल अपघटन प्रतिक्रियाले ठूलो संख्यामा साना अणु ग्यासहरू छोड्न थाल्छ, र ग्रेफाइट संरचना बन्न थाल्छ;जब तापक्रम अझ बढ्यो, कार्बनको मात्रा द्रुत रूपमा बढ्यो र कार्बन फाइबर बन्न थाल्यो।

Graphitization (2000 ℃ माथि उपचार तापमान): graphitization कार्बन फाइबर उत्पादन को लागी एक आवश्यक प्रक्रिया होइन, तर एक वैकल्पिक प्रक्रिया हो।यदि कार्बन फाइबरको उच्च लोचदार मोड्युलस अपेक्षित छ भने, ग्राफिटाइजेशन आवश्यक छ;यदि कार्बन फाइबरको उच्च शक्ति अपेक्षित छ भने, ग्राफिटाइजेशन आवश्यक छैन।ग्राफिटाइजेशन प्रक्रियामा, उच्च तापक्रमले फाइबरलाई विकसित ग्रेफाइट जाल संरचना बनाउँछ, र संरचनालाई अन्तिम उत्पादन प्राप्त गर्न रेखाचित्रद्वारा एकीकृत गरिन्छ।

उच्च प्राविधिक अवरोधहरूले डाउनस्ट्रीम उत्पादनहरूलाई उच्च थप मूल्य प्रदान गर्दछ, र उड्डयन कम्पोजिटहरूको मूल्य कच्चा रेशमको भन्दा 200 गुणा बढी हुन्छ।कार्बन फाइबर तयारी र जटिल प्रक्रिया को उच्च कठिनाई को कारण, अधिक डाउनस्ट्रीम उत्पादनहरु, उच्च मूल्य थपिएको।विशेष गरी एयरोस्पेस क्षेत्रमा प्रयोग हुने उच्च-अन्त कार्बन फाइबर कम्पोजिटहरूको लागि, किनभने डाउनस्ट्रीम ग्राहकहरूले यसको विश्वसनीयता र स्थिरतामा धेरै कडा आवश्यकताहरू छन्, उत्पादनको मूल्यले सामान्य कार्बन फाइबरको तुलनामा ज्यामितीय बहु वृद्धि देखाउँछ।