21-ci əsrdə yeni materialların kralı kimi tanınan karbon lifi materiallarda parlaq incidir.Karbon lifi (CF) 90%-dən çox karbon tərkibli qeyri-üzvi lif növüdür.Üzvi liflər (viskon əsaslı, qatran əsaslı, poliakrilonitril əsaslı liflər və s.) karbon əsasını yaratmaq üçün yüksək temperaturda pirolizləşir və karbonlaşdırılır.
Yeni nəsil gücləndirilmiş lif kimi karbon lifi əla mexaniki və kimyəvi xüsusiyyətlərə malikdir.O, təkcə karbon materiallarına xas xüsusiyyətlərə malik deyil, həm də toxuculuq lifinin yumşaqlığı və emal qabiliyyətinə malikdir.Buna görə də, aerokosmik, enerji avadanlıqları, nəqliyyat, idman və istirahət sahələrində geniş istifadə olunur.
Yüngül çəki: əla performansa malik strateji yeni material olaraq, karbon lifinin sıxlığı maqnezium və berilyumun sıxlığı ilə demək olar ki, eynidir, poladdan 1/4-dən azdır.Struktur material kimi karbon lifli kompozitdən istifadə struktur çəkisini 30% - 40% azalda bilər.
Yüksək möhkəmlik və yüksək modul: karbon lifinin xüsusi gücü poladdan 5 dəfə və alüminium ərintisindən 4 dəfə yüksəkdir;Xüsusi modul digər konstruktiv materiallardan 1,3-12,3 dəfə çoxdur.
Kiçik genişlənmə əmsalı: əksər karbon liflərinin istilik genişlənmə əmsalı otaq temperaturunda mənfi, 200-400 ℃-də 0 və 1000 ℃ × 10-6 / K-dən az olduqda yalnız 1,5, yüksək işləmə səbəbindən genişlənmək və deformasiya etmək asan deyil. temperatur.
Yaxşı kimyəvi korroziyaya davamlılıq: karbon lifi yüksək saf karbon tərkibinə malikdir və karbon ən sabit kimyəvi elementlərdən biridir, nəticədə turşu və qələvi mühitdə çox sabit performans göstərir, bu da hər cür kimyəvi antikorroziya məhsullarına çevrilə bilər.
Güclü yorğunluq müqaviməti: karbon lifinin quruluşu sabitdir.Polimer şəbəkəsinin statistikasına görə, milyonlarla gərginlik yorğunluğu testindən sonra, kompozitin gücü saxlama dərəcəsi hələ də 60%, poladda 40%, alüminium 30%, şüşə liflə gücləndirilmiş plastik isə yalnız 20-dir. % – 25%.
Karbon lifli kompozit karbon lifinin yenidən gücləndirilməsidir.Karbon lifi tək istifadə oluna və müəyyən bir funksiyanı yerinə yetirə bilsə də, nəticədə kövrək bir materialdır.Yalnız karbon lifli kompozit yaratmaq üçün matris materialı ilə birləşdirildikdə, mexaniki xassələrinə daha yaxşı təsir göstərə və daha çox yük daşıya bilər.
Karbon lifləri prekursor növü, istehsal üsulu və performans kimi müxtəlif ölçülərə görə təsnif edilə bilər.
Prekursorun növünə görə: poliakrilonitril (Pan) əsaslı, meydança əsaslı (izotrop, mezofaza);Viskoza əsası (selüloz əsası, rayon bazası).Onların arasında poliakrilonitril (Pan) əsaslı karbon lifi əsas mövqe tutur və onun çıxışı ümumi karbon lifinin 90%-dən çoxunu, viskoza əsaslı karbon lifinin isə 1%-dən azını təşkil edir.
İstehsal şəraitinə və üsullarına görə: karbon lifi (800-1600 ℃), qrafit lifi (2000-3000 ℃), aktivləşdirilmiş karbon lifi, buxarla yetişdirilmiş karbon lifi.
Mexanik xüsusiyyətlərə görə, ümumi tipli və yüksək performanslı tipə bölünə bilər: ümumi tipli karbon lifinin gücü təxminən 1000MPa, modul isə təxminən 100GPa-dır;Yüksək performans növü yüksək güclü tipə (güc 2000mPa, modul 250gpa) və yüksək modelə (modul 300gpa və ya daha çox) bölünə bilər, bunlar arasında 4000mpa-dan çox gücə də ultra yüksək güc növü deyilir və 450gpa-dan çox modul ultra yüksək model adlanır.
Yedəkləmə ölçüsünə görə, kiçik yedək və böyük yedəklərə bölünə bilər: kiçik yedəkli karbon lifi ilkin mərhələdə əsasən 1K, 3K və 6K-dır və tədricən 12K və 24K-a çevrilir, bu da əsasən aerokosmik, idmanda istifadə olunur. və istirahət sahələri.48K-dan yuxarı olan karbon lifləri adətən iri yedəkli karbon lifləri adlanır, o cümlədən əsasən sənaye sahələrində istifadə olunan 48K, 60K, 80K və s..
Dartma gücü və dartma modulu karbon lifinin xüsusiyyətlərini qiymətləndirmək üçün iki əsas göstəricidir.Buna əsaslanaraq, Çin 2011-ci ildə PAN əsaslı karbon lifi üçün milli standartı (GB / t26752-2011) elan etdi. Eyni zamanda, Torayın qlobal karbon lif sənayesində mütləq aparıcı üstünlüyü səbəbindən, əksər yerli istehsalçılar da Torayın təsnifat standartını qəbul edirlər. istinad kimi.
1.2 yüksək maneələr yüksək əlavə dəyər gətirir.Prosesin təkmilləşdirilməsi və kütləvi istehsalın həyata keçirilməsi maya dəyərini əhəmiyyətli dərəcədə azalda və səmərəliliyi artıra bilər
1.2.1 sənayenin texniki maneəsi yüksəkdir, prekursor istehsalı əsasdır, karbonlaşma və oksidləşmə əsasdır.
Karbon lifinin istehsalı prosesi mürəkkəbdir ki, bu da yüksək avadanlıq və texnologiya tələb edir.Hər bir əlaqənin dəqiqliyinə, temperaturuna və vaxtına nəzarət son məhsulun keyfiyyətinə çox təsir edəcəkdir.Poliakrilonitril karbon lifi nisbətən sadə hazırlıq prosesi, aşağı istehsal dəyəri və üç tullantıların rahat atılması səbəbindən hazırda ən çox istifadə olunan və ən yüksək məhsuldar karbon lifinə çevrilmişdir.Əsas xammal propan xam neftdən hazırlana bilər və PAN karbon lifi sənaye zənciri ilkin enerjidən terminal tətbiqinə qədər tam istehsal prosesini əhatə edir.
Xam neftdən propan hazırlandıqdan sonra propanın seçici katalitik dehidrogenləşdirilməsi (PDH) yolu ilə propilen əldə edilmişdir;
Akrilonitril propilenin ammooksidləşməsi ilə əldə edilmişdir.Poliakrilonitril (Pan) prekursoru akrilonitrilin polimerləşməsi və fırlanması ilə əldə edilmişdir;
Poliakrilonitril əvvəlcədən oksidləşir, aşağı və yüksək temperaturda karbonlaşdırılır, karbon lifi əldə edilir ki, bu da karbon lifli parça və karbon lifli kompozitlərin istehsalı üçün karbon lif prepreginə çevrilə bilər;
Karbon lifi qatran, keramika və digər materiallarla birləşdirilərək karbon lifli kompozitlər əmələ gətirir.Nəhayət, aşağı axın tətbiqləri üçün son məhsullar müxtəlif qəlibləmə prosesləri ilə əldə edilir;
Prekursorun keyfiyyəti və performans səviyyəsi birbaşa karbon lifinin son məhsuldarlığını müəyyən edir.Buna görə də, əyirmə məhlulunun keyfiyyətinin yaxşılaşdırılması və prekursorların əmələ gəlməsi amillərinin optimallaşdırılması yüksək keyfiyyətli karbon lifinin hazırlanmasında əsas məqamlara çevrilir.
“Poliakrilonitril əsaslı karbon lif prekursorunun istehsal prosesi üzrə tədqiqat”a əsasən, əyirmə prosesi əsasən üç kateqoriyadan ibarətdir: yaş əyirmə, quru əyirmə və quru yaş əyirmə.Hazırda nəm əyirmə və quru yaş əyirmə əsasən evdə və xaricdə poliakrilonitril prekursorunun istehsalı üçün istifadə olunur ki, bunlar arasında yaş əyirmə ən çox istifadə olunur.
Yaş əyirmə əvvəlcə əyirmə məhlulunu spinneret dəliyindən çıxarır və əyirmə məhlulu kiçik axın şəklində laxtalanma vannasına daxil olur.Poliakrilonitril əyirmə məhlulunun əyirmə mexanizmi ondan ibarətdir ki, əyirmə məhlulunda və laxtalanma vannasında DMSO-nun konsentrasiyası arasında, həmçinin laxtalanma vannasında və poliakrilonitril məhlulunda suyun konsentrasiyası arasında böyük fərq var.Yuxarıda göstərilən iki konsentrasiya fərqinin qarşılıqlı təsiri altında maye iki istiqamətdə yayılmağa başlayır və nəhayət, kütlə ötürülməsi, istilik ötürülməsi, faza tarazlığının hərəkəti və digər proseslər vasitəsilə filamentlərə kondensasiya olunur.
Prekursorun istehsalında DMSO-nun qalıq miqdarı, lif ölçüsü, monofilament möhkəmliyi, modul, uzanma, yağ tərkibi və qaynar suyun büzülməsi prekursorun keyfiyyətinə təsir edən əsas amillərə çevrilir.Nümunə olaraq DMSO-nun qalıq miqdarını götürsək, o, son karbon lif məhsulunun prekursorunun görünən xassələrinə, kəsişmə vəziyyətinə və CV dəyərinə təsir göstərir.DMSO-nun qalıq miqdarı nə qədər az olarsa, məhsulun performansı bir o qədər yüksək olar.İstehsalda DMSO əsasən yuyulma yolu ilə çıxarılır, buna görə də yuma temperaturu, vaxt, duzsuz suyun miqdarı və yuyulma dövrünün miqdarına necə nəzarət etmək vacib bir əlaqəyə çevrilir.
Yüksək keyfiyyətli poliakrilonitril prekursoru aşağıdakı xüsusiyyətlərə malik olmalıdır: yüksək sıxlıq, yüksək kristallıq, uyğun güc, dairəvi kəsişmə, daha az fiziki qüsurlar, hamar səth və vahid və sıx dəri nüvəsi quruluşu.
Karbonlaşma və oksidləşmənin temperatur nəzarəti əsasdır.Karbonlaşma və oksidləşmə, sələfdən karbon lifinin son məhsullarının istehsalında vacib bir addımdır.Bu addımda temperaturun dəqiqliyi və diapazonu dəqiq idarə olunmalıdır, əks halda karbon lif məhsullarının dartılma gücü əhəmiyyətli dərəcədə təsirlənəcək və hətta telin qırılmasına səbəb olacaqdır.
Preoksidləşmə (200-300 ℃): preoksidləşmə prosesində PAN prekursoru oksidləşdirici atmosferdə müəyyən bir gərginlik tətbiq etməklə yavaş-yavaş və yumşaq oksidləşir, tava düz zəncirinin əsasında çoxlu sayda halqa strukturları əmələ gətirir. daha yüksək temperatur müalicəsinə tab gətirmək məqsədinə nail olmaq.
Karbonlaşma (maksimum temperatur 1000 ℃-dən aşağı olmayan): karbonlaşma prosesi inert atmosferdə aparılmalıdır.Karbonlaşmanın erkən mərhələsində pan zənciri qırılır və çarpaz əlaqə reaksiyası başlayır;Temperaturun artması ilə termal parçalanma reaksiyası çoxlu sayda kiçik molekullu qazları buraxmağa başlayır və qrafit strukturu formalaşmağa başlayır;Temperatur daha da yüksəldikdə, karbon miqdarı sürətlə artdı və karbon lifi əmələ gəlməyə başladı.
Qrafitləşdirmə (müalicə temperaturu 2000 ℃-dən yuxarı): qrafitləşmə karbon lifi istehsalı üçün zəruri bir proses deyil, isteğe bağlı bir prosesdir.Karbon lifinin yüksək elastik modulu gözlənilirsə, qrafitləşdirmə lazımdır;Karbon lifinin yüksək gücü gözlənilirsə, qrafitləşdirmə lazım deyil.Qrafitləşdirmə prosesində yüksək temperatur lifi inkişaf etmiş bir qrafit mesh quruluşu meydana gətirir və struktur son məhsulu əldə etmək üçün rəsm ilə birləşdirilir.
Yüksək texniki maneələr aşağı axın məhsullarına yüksək əlavə dəyər verir və aviasiya kompozitlərinin qiyməti xam ipəkdən 200 dəfə yüksəkdir.Karbon lifinin hazırlanması və mürəkkəb prosesin yüksək çətinliyi səbəbindən məhsullar nə qədər aşağı axın olsa, əlavə dəyər də bir o qədər yüksək olur.Xüsusilə aerokosmik sahədə istifadə olunan yüksək səviyyəli karbon lifli kompozitlər üçün, aşağı axın müştərilərinin onun etibarlılığı və sabitliyi ilə bağlı çox ciddi tələbləri olduğundan, məhsulun qiyməti də adi karbon lifi ilə müqayisədə həndəsi çoxlu artım göstərir.
Göndərmə vaxtı: 22 iyul 2021-ci il