Anglies pluoštas, vadinamas XXI amžiaus naujų medžiagų karaliumi, yra ryškus medžiagų perlas.Anglies pluoštas (CF) yra neorganinis pluoštas, kuriame yra daugiau nei 90% anglies.Organiniai pluoštai (viskozės, pikio, poliakrilnitrilo pluoštai ir kt.) yra pirolizuojami ir karbonizuojami aukštoje temperatūroje, kad susidarytų anglies stuburas.
Kaip naujos kartos sustiprintas pluoštas, anglies pluoštas pasižymi puikiomis mechaninėmis ir cheminėmis savybėmis.Jam būdingos ne tik anglies medžiagoms būdingos savybės, bet ir tekstilės pluošto minkštumas bei apdirbamumas.Todėl jis plačiai naudojamas kosmoso, energetikos įrangos, transporto, sporto ir laisvalaikio srityse
Lengvas svoris: kaip strateginė nauja medžiaga, pasižyminti puikiomis savybėmis, anglies pluošto tankis yra beveik toks pat kaip magnio ir berilio, mažiau nei 1/4 plieno tankio.Naudojant anglies pluošto kompozitą kaip konstrukcinę medžiagą, konstrukcijos svoris gali sumažėti 30–40%.
Didelis stiprumas ir didelis modulis: anglies pluošto savitasis stipris yra 5 kartus didesnis nei plieno ir 4 kartus didesnis nei aliuminio lydinio;Specifinis modulis yra 1,3-12,3 karto didesnis nei kitų konstrukcinių medžiagų.
Mažas plėtimosi koeficientas: daugumos anglies pluoštų šiluminio plėtimosi koeficientas yra neigiamas kambario temperatūroje, 0 esant 200-400 ℃ ir tik 1,5 esant žemesnei nei 1000 ℃ × 10-6 / K, nėra lengva išsiplėsti ir deformuotis dėl didelio darbingumo. temperatūros.
Geras atsparumas cheminei korozijai: anglies pluošte yra daug grynos anglies, o anglis yra vienas stabiliausių cheminių elementų, todėl jis labai stabiliai veikia rūgščių ir šarmų aplinkoje, iš kurio galima pagaminti visų rūšių cheminius antikorozinius produktus.
Stiprus atsparumas nuovargiui: anglies pluošto struktūra yra stabili.Remiantis polimerų tinklo statistika, po milijonų ciklų nuovargio įtempio bandymo, kompozito stiprumo išlaikymo koeficientas vis dar yra 60%, o plieno - 40%, aliuminio - 30%, o stiklo pluoštu sustiprinto plastiko - tik 20%. % – 25 %.
Anglies pluošto kompozitas yra anglies pluošto stiprinimas.Nors anglies pluoštą galima naudoti vieną ir atlikti tam tikrą funkciją, jis vis dėlto yra trapi medžiaga.Tik tada, kai jis yra sujungtas su matricine medžiaga, kad susidarytų anglies pluošto kompozitas, jis gali pagerinti savo mechanines savybes ir išlaikyti daugiau apkrovų.
Anglies pluoštai gali būti klasifikuojami pagal skirtingus matmenis, pvz., pirmtakų tipą, gamybos metodą ir našumą
Pagal pirmtakų tipą: poliakrilnitrilo (Pan) pagrindu, pikio pagrindu (izotropinis, mezofazinis);Viskozės pagrindas (celiuliozės pagrindas, viskozės pagrindas).Tarp jų poliakrilonitrilo (Pan) pagrindu pagamintas anglies pluoštas užima pagrindinę vietą, o jo išeiga sudaro daugiau nei 90% viso anglies pluošto, o viskozės pagrindu pagaminta anglies pluošto dalis sudaro mažiau nei 1%.
Pagal gamybos sąlygas ir būdus: anglies pluoštas (800-1600 ℃), grafito pluoštas (2000-3000 ℃), aktyvintos anglies pluoštas, garuose išaugintas anglies pluoštas.
Pagal mechanines savybes jis gali būti suskirstytas į bendro tipo ir didelio našumo tipus: bendro tipo anglies pluošto stiprumas yra apie 1000 MPa, o modulis yra apie 100 GPa;Didelio našumo tipą galima suskirstyti į didelio stiprumo tipą (stiprumas 2000 mPa, modulis 250 gpa) ir aukštą modelį (modulis 300 gpa ar daugiau), tarp kurių stiprumas, didesnis nei 4000 mpa, taip pat vadinamas ypač didelio stiprumo tipu, o modulis, didesnis nei 450 gpa, yra vadinamas itin aukštu modeliu.
Pagal vilkimo dydį jį galima suskirstyti į mažą ir didelį vilkimą: mažo vilkimo anglies pluoštas pradiniame etape daugiausia yra 1K, 3K ir 6K, o palaipsniui išsivysto į 12K ir 24K, kuris daugiausia naudojamas aviacijos ir sporto srityse. ir laisvalaikio laukai.Anglies pluoštai, kurių masė didesnė nei 48K, paprastai vadinami dideliais vilkimo anglies pluoštais, įskaitant 48K, 60K, 80K ir kt., kurie daugiausia naudojami pramonės srityse.
Tempiamasis stipris ir tempimo modulis yra du pagrindiniai rodikliai, skirti įvertinti anglies pluošto savybes.Remdamasi tuo, Kinija 2011 m. paskelbė nacionalinį PAN anglies pluošto standartą (GB / t26752-2011). Tuo pačiu metu dėl absoliučios Toray pranašumo pasaulinėje anglies pluošto pramonėje dauguma vietinių gamintojų taip pat taiko Toray klasifikavimo standartą. kaip nuoroda.
1.2 Aukštos kliūtys sukuria didelę pridėtinę vertę.Proceso tobulinimas ir masinės gamybos realizavimas gali žymiai sumažinti išlaidas ir padidinti efektyvumą
1.2.1 Techninė pramonės kliūtis yra didelė, pirmtakų gamyba yra pagrindinė, o karbonizacija ir oksidacija yra svarbiausia
Anglies pluošto gamybos procesas yra sudėtingas, reikalaujantis aukštos įrangos ir technologijų.Kiekvienos grandies tikslumo, temperatūros ir laiko kontrolė labai paveiks galutinio produkto kokybę.Poliakrilnitrilo anglies pluoštas šiuo metu tapo plačiausiai naudojamu ir didžiausiu anglies pluoštu dėl gana paprasto paruošimo proceso, mažų gamybos sąnaudų ir patogaus trijų atliekų šalinimo.Pagrindinė žaliava propanas gali būti pagamintas iš žalios naftos, o PAN anglies pluošto pramonės grandinė apima visą gamybos procesą nuo pirminės energijos iki galutinio panaudojimo.
Po to, kai propanas buvo paruoštas iš žalios naftos, propilenas buvo gautas selektyvaus katalizinio propano dehidrogenavimo (PDH) būdu;
Akrilnitrilas buvo gautas ammoksiduojant propileną.Poliakrilonitrilo (Pan) pirmtakas buvo gautas polimerizuojant ir sukant akrilnitrilą;
Poliakrilnitrilas iš anksto oksiduojamas, karbonizuojamas žemoje ir aukštoje temperatūroje, kad būtų gautas anglies pluoštas, iš kurio galima pagaminti anglies pluošto audinį ir anglies pluošto prepregą anglies pluošto kompozitų gamybai;
Anglies pluoštas derinamas su derva, keramika ir kitomis medžiagomis, kad susidarytų anglies pluošto kompozitai.Galiausiai galutiniai produktai, skirti tolesniam naudojimui, gaunami įvairiais liejimo procesais;
Pirmtakų kokybė ir veikimo lygis tiesiogiai lemia galutinį anglies pluošto veikimą.Todėl verpimo tirpalo kokybės gerinimas ir pirmtakų formavimosi faktorių optimizavimas tampa pagrindiniais taškais ruošiant aukštos kokybės anglies pluoštą.
Remiantis „Poliakrilonitrilo anglies pluošto pirmtakų gamybos proceso tyrimais“, verpimo procesas daugiausia apima tris kategorijas: verpimą šlapiuoju būdu, sausą verpimą ir sausą šlapią verpimą.Šiuo metu verpimas šlapiu būdu ir sausas šlapias verpimas daugiausia naudojami gaminant poliakrilnitrilo pirmtaką namuose ir užsienyje, tarp kurių plačiausiai naudojamas verpimas šlapiuoju būdu.
Šlapias verpimas pirmiausia išspaudžia verpimo tirpalą iš verpimo angos, o verpimo tirpalas nedidelio srauto pavidalu patenka į koaguliacijos vonią.Poliakrilnitrilo verpimo tirpalo sukimosi mechanizmas yra tas, kad yra didelis atotrūkis tarp DMSO koncentracijos verpimo tirpale ir koaguliacijos vonioje, taip pat yra didelis skirtumas tarp vandens koncentracijos koaguliacijos vonioje ir poliakrilonitrilo tirpalo.Sąveikaujant minėtiems dviem koncentracijų skirtumams, skystis pradeda sklisti dviem kryptimis ir galiausiai kondensuojasi į gijas per masės, šilumos perdavimo, fazių pusiausvyros judėjimo ir kitus procesus.
Gaminant pirmtaką, pagrindiniais veiksniais, turinčiais įtakos pirmtako kokybei, liekamasis DMSO kiekis, pluošto dydis, monofilamento stiprumas, modulis, pailgėjimas, alyvos kiekis ir verdančio vandens susitraukimas.Kaip pavyzdį imant likutinį DMSO kiekį, jis turi įtakos akivaizdžioms pirmtako savybėms, galutinio anglies pluošto gaminio skerspjūvio būsenai ir CV vertei.Kuo mažesnis likutinis DMSO kiekis, tuo didesnis gaminio našumas.Gamyboje DMSO daugiausia pašalinamas plaunant, todėl svarbia grandimi tampa skalbimo temperatūros, laiko, nudruskinto vandens kiekio ir plovimo ciklo kiekio kontrolė.
Aukštos kokybės poliakrilnitrilo pirmtakas turi turėti šias charakteristikas: didelį tankį, didelį kristališkumą, tinkamą stiprumą, apskritą skerspjūvį, mažiau fizinių defektų, lygų paviršių ir vienodą bei tankią odos šerdies struktūrą.
Svarbiausia yra karbonizacijos ir oksidacijos temperatūros kontrolė.Karbonizacija ir oksidacija yra esminis žingsnis gaminant galutinius anglies pluošto produktus iš pirmtako.Šiame etape temperatūros tikslumas ir diapazonas turėtų būti tiksliai kontroliuojamas, kitaip anglies pluošto gaminių tempiamasis stipris bus labai paveiktas ir netgi nutrūks viela.
Išankstinė oksidacija (200–300 ℃): išankstinio oksidavimo procese PAN pirmtakas lėtai ir švelniai oksiduojamas, taikant tam tikrą įtampą oksiduojančioje atmosferoje, suformuojant daugybę žiedinių struktūrų ant visos tiesios grandinės, kad būtų pasiekti aukštesnės temperatūros apdorojimo tikslą.
Karbonizavimas (maksimali temperatūra ne žemesnė kaip 1000 ℃): karbonizacijos procesas turi būti atliekamas inertinėje atmosferoje.Ankstyvoje karbonizacijos stadijoje keptuvės grandinė nutrūksta ir prasideda kryžminimo reakcija;Kylant temperatūrai, terminio skilimo reakcijos metu pradeda išsiskirti daug mažų molekulių dujų, pradeda formuotis grafito struktūra;Toliau kylant temperatūrai anglies kiekis sparčiai didėjo ir pradėjo formuotis anglies pluoštas.
Grafitinimas (apdorojimo temperatūra aukštesnė nei 2000 ℃): grafitizavimas nėra būtinas anglies pluošto gamybos procesas, bet pasirenkamas procesas.Jei tikimasi didelio anglies pluošto tamprumo modulio, reikia grafitizuoti;Jei tikimasi didelio anglies pluošto stiprumo, grafitizuoti nereikia.Grafitinimo procese dėl aukštos temperatūros pluoštas sudaro išvystytą grafito tinklelio struktūrą, o struktūra integruojama tempiant, kad būtų gautas galutinis produktas.
Aukštos techninės kliūtys suteikia vartotojams didelę pridėtinę vertę, o aviacinių kompozitų kaina yra 200 kartų didesnė nei žaliavinio šilko.Dėl didelio anglies pluošto paruošimo sudėtingumo ir sudėtingo proceso, kuo daugiau produktų yra, tuo didesnė pridėtinė vertė.Ypač aukštos klasės anglies pluošto kompozitų, naudojamų aviacijos ir kosmoso srityje, nes tolesni klientai kelia labai griežtus jo patikimumo ir stabilumo reikalavimus, produkto kaina taip pat rodo geometrinį daugybinį augimą, palyginti su įprastu anglies pluoštu.
Paskelbimo laikas: 2021-07-22