Nyuzi za kaboni, zinazojulikana kama mfalme wa nyenzo mpya katika karne ya 21, ni lulu angavu katika nyenzo.Nyuzi za kaboni (CF) ni aina ya nyuzi isokaboni yenye zaidi ya 90% ya maudhui ya kaboni.Nyuzi za kikaboni (msingi wa viscose, msingi wa lami, nyuzi za polyacrylonitrile, nk) hupigwa kwa pyrolyzed na kaboni kwenye joto la juu ili kuunda uti wa mgongo wa kaboni.
Kama kizazi kipya cha fiber iliyoimarishwa, fiber kaboni ina sifa bora za mitambo na kemikali.Sio tu sifa za asili za vifaa vya kaboni, lakini pia ina upole na usindikaji wa nyuzi za nguo.Kwa hiyo, hutumiwa sana katika anga, vifaa vya nishati, usafiri, michezo na maeneo ya burudani
Uzito mwepesi: kama nyenzo mpya ya kimkakati yenye utendaji bora, msongamano wa nyuzi za kaboni ni karibu sawa na ule wa magnesiamu na berili, chini ya 1/4 ya ile ya chuma.Kutumia mchanganyiko wa nyuzi za kaboni kama nyenzo za kimuundo kunaweza kupunguza uzito wa muundo kwa 30% - 40%.
Nguvu ya juu na moduli ya juu: nguvu maalum ya fiber kaboni ni mara 5 zaidi kuliko ile ya chuma na mara 4 zaidi kuliko ile ya aloi ya alumini;Moduli maalum ni mara 1.3-12.3 ya vifaa vingine vya kimuundo.
Mgawo mdogo wa upanuzi: mgawo wa upanuzi wa mafuta wa nyuzi nyingi za kaboni ni hasi kwenye joto la kawaida, 0 saa 200-400 ℃, na 1.5 tu chini ya 1000 ℃ × 10-6 / K, si rahisi kupanua na kuharibika kutokana na kufanya kazi kwa juu. joto.
Upinzani mzuri wa kutu kwa kemikali: nyuzinyuzi za kaboni zina kiwango cha juu cha kaboni safi, na kaboni ni mojawapo ya vipengele vya kemikali vilivyo imara zaidi, na kusababisha utendaji wake thabiti sana katika mazingira ya asidi na alkali, ambayo inaweza kufanywa kwa kila aina ya bidhaa za kemikali za kuzuia kutu.
Upinzani mkubwa wa uchovu: muundo wa fiber kaboni ni imara.Kulingana na takwimu za mtandao wa polymer, baada ya mamilioni ya mizunguko ya mtihani wa uchovu wa dhiki, kiwango cha uhifadhi wa nguvu cha mchanganyiko bado ni 60%, wakati ile ya chuma ni 40%, alumini ni 30%, na plastiki iliyoimarishwa na nyuzi za glasi ni 20 tu. % - 25%.
Mchanganyiko wa nyuzi za kaboni ni uimarishaji upya wa nyuzi kaboni.Ingawa nyuzi za kaboni zinaweza kutumika peke yake na kufanya kazi maalum, ni nyenzo brittle baada ya yote.Ni wakati tu inapounganishwa na nyenzo ya matrix kuunda mchanganyiko wa nyuzi za kaboni inaweza kutoa uchezaji bora kwa sifa zake za mitambo na kubeba mizigo zaidi.
Nyuzi za kaboni zinaweza kuainishwa kulingana na vipimo tofauti kama vile aina ya mtangulizi, njia ya utengenezaji na utendakazi
Kulingana na aina ya mtangulizi: polyacrylonitrile (Pan) msingi, lami ya msingi (isotropic, mesophase);Msingi wa Viscose (msingi wa selulosi, msingi wa rayon).Miongoni mwao, nyuzinyuzi za kaboni za polyacrylonitrile (Pan) zinachukua nafasi ya kawaida, na matokeo yake yanachukua zaidi ya 90% ya jumla ya nyuzi za kaboni, wakati nyuzi za kaboni za viscose ni chini ya 1%.
Kwa mujibu wa hali ya viwanda na mbinu: carbon fiber (800-1600 ℃), grafiti fiber (2000-3000 ℃), mkaa fiber, mvuke mzima carbon fiber.
Kwa mujibu wa mali ya mitambo, inaweza kugawanywa katika aina ya jumla na aina ya juu ya utendaji: nguvu ya aina ya jumla ya nyuzi za kaboni ni kuhusu 1000MPa, na moduli ni kuhusu 100GPa;Aina ya utendaji wa juu inaweza kugawanywa katika aina ya nguvu ya juu (nguvu 2000mPa, modulus 250gpa) na mfano wa juu (modulus 300gpa au zaidi), kati ya ambayo nguvu kubwa kuliko 4000mpa pia inaitwa aina ya nguvu ya juu, na moduli kubwa kuliko 450gpa ni. inayoitwa ultra-high model.
Kulingana na saizi ya tow, inaweza kugawanywa katika tow ndogo na tow kubwa: tow ndogo ya kaboni fiber ni hasa 1K, 3K na 6K katika hatua ya awali, na hatua kwa hatua maendeleo katika 12K na 24K, ambayo hutumiwa hasa katika anga, michezo. na viwanja vya burudani.Nyuzi za kaboni zilizo juu ya 48K kawaida huitwa nyuzi kubwa za kaboni, zikiwemo 48K, 60K, 80K, n.k., ambazo hutumika zaidi katika nyanja za viwanda.
Nguvu ya mkazo na moduli ya mkazo ni faharasa kuu mbili za kutathmini sifa za nyuzi za kaboni.Kwa kuzingatia hili, Uchina ilitangaza kiwango cha kitaifa cha nyuzinyuzi za kaboni za PAN (GB / t26752-2011) mnamo 2011. Wakati huo huo, kwa sababu ya faida kamili ya Toray katika tasnia ya kimataifa ya nyuzi za kaboni, watengenezaji wengi wa ndani pia wanafuata kiwango cha uainishaji cha Toray. kama kumbukumbu.
1.2 vikwazo vya juu huleta thamani ya juu.Kuboresha mchakato na kutambua uzalishaji wa wingi kunaweza kupunguza gharama kwa kiasi kikubwa na kuongeza ufanisi
1.2.1 kikwazo cha kiufundi cha sekta hiyo ni cha juu, uzalishaji wa mtangulizi ni msingi, na uwekaji kaboni na oxidation ni muhimu.
Mchakato wa uzalishaji wa fiber kaboni ni ngumu, ambayo inahitaji vifaa vya juu na teknolojia.Udhibiti wa usahihi, joto na wakati wa kila kiungo utaathiri sana ubora wa bidhaa ya mwisho.Nyuzi kaboni za Polyacrylonitrile zimekuwa zinazotumika zaidi na zinazotoa kaboni fiber nyingi zaidi kwa sasa kutokana na mchakato wake rahisi wa utayarishaji, gharama ya chini ya uzalishaji na utupaji taka tatu kwa urahisi.Propani kuu ya malighafi inaweza kutengenezwa kutoka kwa mafuta yasiyosafishwa, na mnyororo wa tasnia ya nyuzi kaboni ya PAN inajumuisha mchakato kamili wa utengenezaji kutoka kwa nishati ya msingi hadi matumizi ya mwisho.
Baada ya propane kutayarishwa kutoka kwa mafuta yasiyosafishwa, propylene ilipatikana kwa dehydrogenation ya kichocheo cha kuchagua (PDH) ya propane;
Acrylonitrile ilipatikana kwa ammoxidation ya propylene.Polyacrylonitrile (Pan) mtangulizi ilipatikana kwa upolimishaji na inazunguka ya acrylonitrile;
Polyacrylonitrile hutiwa oksidi kabla, hutiwa kaboni kwa joto la chini na la juu ili kupata nyuzinyuzi kaboni, ambayo inaweza kufanywa kuwa kitambaa cha nyuzi kaboni na prepreg ya nyuzi za kaboni kwa ajili ya utengenezaji wa composites za nyuzi kaboni;
Fiber ya kaboni imeunganishwa na resin, keramik na vifaa vingine ili kuunda composites ya fiber kaboni.Hatimaye, bidhaa za mwisho kwa ajili ya maombi ya chini hupatikana kwa michakato mbalimbali ya ukingo;
Ubora na kiwango cha utendaji wa kitangulizi huamua moja kwa moja utendaji wa mwisho wa nyuzi za kaboni.Kwa hivyo, kuboresha ubora wa suluhu inayozunguka na kuboresha mambo ya uundaji wa mtangulizi huwa sehemu kuu za kuandaa nyuzinyuzi za kaboni za hali ya juu.
Kulingana na "Utafiti juu ya mchakato wa uzalishaji wa kitangulizi cha nyuzinyuzi za kaboni ya Polyacrylonitrile", mchakato wa kusokota hujumuisha aina tatu: kusokota kwa mvua, kusokota kavu na kusokota kwa mvua kavu.Kwa sasa, kusokota kwa unyevunyevu na kusokota kwa mvua kavu hutumiwa zaidi kutengeneza mtangulizi wa polyacrylonitrile nyumbani na nje ya nchi, kati ya ambayo inazunguka kwa unyevu ndio inayotumika sana.
Mvua inazunguka kwanza huondoa suluhisho la kuzunguka kutoka kwenye shimo la spinneret, na ufumbuzi unaozunguka huingia kwenye umwagaji wa mgando kwa namna ya mtiririko mdogo.Utaratibu wa kusokota wa suluhu ya polyacrylonitrile inazunguka ni kwamba kuna pengo kubwa kati ya mkusanyiko wa DMSO katika mmumunyo wa kusokota na umwagaji wa mgando, na pia kuna pengo kubwa kati ya mkusanyiko wa maji katika umwagaji wa mgando na mmumunyo wa polyacrylonitrile.Chini ya mwingiliano wa tofauti mbili za ukolezi hapo juu, kioevu huanza kuenea kwa pande mbili, na hatimaye huunganishwa katika filaments kwa njia ya uhamisho wa wingi, uhamisho wa joto, harakati ya usawa wa awamu na taratibu nyingine.
Katika utengenezaji wa mtangulizi, kiasi cha mabaki cha DMSO, saizi ya nyuzinyuzi, nguvu ya monofilamenti, moduli, urefu, kiwango cha mafuta na kupungua kwa maji yanayochemka huwa sababu kuu zinazoathiri ubora wa kitangulizi.Kwa kuchukua kiasi kilichosalia cha DMSO kama mfano, ina ushawishi kwa sifa dhahiri za mtangulizi, hali ya sehemu-tofauti na thamani ya CV ya bidhaa ya mwisho ya nyuzi za kaboni.Kadiri kiasi cha mabaki cha DMSO kikiwa chini, ndivyo utendaji wa bidhaa unavyoongezeka.Katika uzalishaji, DMSO huondolewa hasa kwa kuosha, hivyo jinsi ya kudhibiti joto la kuosha, wakati, kiasi cha maji ya desalted na kiasi cha mzunguko wa kuosha inakuwa kiungo muhimu.
Kitangulizi cha ubora wa juu cha polyacrylonitrile kinapaswa kuwa na sifa zifuatazo: msongamano mkubwa, fuwele nyingi, nguvu zinazofaa, sehemu ya msalaba ya mviringo, kasoro ndogo za kimwili, uso laini na muundo sare na mnene wa msingi wa ngozi.
Udhibiti wa hali ya joto ya uwekaji kaboni na oxidation ni muhimu.Uwekaji kaboni na uoksidishaji ni hatua muhimu katika utengenezaji wa bidhaa za mwisho za nyuzi kaboni kutoka kwa mtangulizi.Katika hatua hii, usahihi na anuwai ya joto inapaswa kudhibitiwa kwa usahihi, vinginevyo nguvu ya mkazo ya bidhaa za nyuzi za kaboni itaathiriwa sana, na hata kusababisha kuvunjika kwa waya.
Preoxidation (200-300 ℃): katika mchakato wa preoxidation, mtangulizi wa PAN huoksidishwa polepole na kwa upole kwa kutumia mvutano fulani katika angahewa ya vioksidishaji, na kutengeneza idadi kubwa ya miundo ya pete kwa msingi wa mnyororo wa moja kwa moja wa sufuria. kufikia madhumuni ya kuhimili matibabu ya joto la juu.
Ukaa (kiwango cha juu cha joto si chini ya 1000 ℃): mchakato wa ukaa ufanyike katika angahewa ajizi.Katika hatua ya awali ya carbonization, mnyororo wa sufuria huvunjika na mmenyuko wa kuunganisha huanza;Kwa ongezeko la joto, mmenyuko wa utengano wa joto huanza kutolewa kwa idadi kubwa ya gesi ndogo za molekuli, na muundo wa grafiti huanza kuunda;Wakati joto lilipoongezeka zaidi, maudhui ya kaboni yaliongezeka kwa kasi na fiber kaboni ilianza kuunda.
Graphitization (joto la matibabu zaidi ya 2000 ℃): grafiti si mchakato muhimu kwa ajili ya uzalishaji wa nyuzi za kaboni, lakini mchakato wa hiari.Ikiwa moduli ya juu ya elastic ya fiber kaboni inatarajiwa, graphitization inahitajika;Ikiwa nguvu ya juu ya nyuzi za kaboni inatarajiwa, graphitization sio lazima.Katika mchakato wa graphitization, joto la juu hufanya fiber kuunda muundo wa mesh ya grafiti iliyoendelezwa, na muundo huo umeunganishwa kwa kuchora ili kupata bidhaa ya mwisho.
Vizuizi vya juu vya kiufundi huweka bidhaa za mkondo wa chini na thamani ya juu, na bei ya composites ya anga ni mara 200 zaidi ya ile ya hariri mbichi.Kwa sababu ya ugumu wa juu wa utayarishaji wa nyuzi za kaboni na mchakato mgumu, kadiri bidhaa zinavyozidi kwenda chini, ndivyo thamani ya ziada inavyoongezeka.Hasa kwa composites za nyuzi za kaboni za hali ya juu zinazotumika katika uwanja wa angani, kwa sababu wateja wa mkondo wa chini wana mahitaji makali sana juu ya kutegemewa na uthabiti wake, bei ya bidhaa pia inaonyesha ukuaji wa nyingi za kijiometri ikilinganishwa na nyuzinyuzi za kaboni za kawaida.
Muda wa kutuma: Jul-22-2021