Karbono-zuntzaren industriaren azterketa sakona: hazkunde handia, material berrien espazio zabala eta kalitate handiko pista

Karbono-zuntza, material berrien errege gisa ezagutzen dena XXI. mendean, perla distiratsua da materialen.Karbono-zuntza (CF) karbono-edukiaren %90 baino gehiago duen zuntz ez-organiko mota bat da.Zuntz organikoak (biskosa-oinarritutako, pitch-oinarritutako zuntzak, poliakrilonitrilo-oinarritutako zuntzak, etab.) pirolizatzen eta karbonizatu egiten dira tenperatura altuan karbono-hezurra eratzeko.

Zuntz indartuaren belaunaldi berri gisa, karbono-zuntzak propietate mekaniko eta kimiko bikainak ditu.Karbonozko materialen berezko ezaugarriak ez ezik, ehun-zuntzaren leuntasuna eta prozesagarritasuna ere baditu.Hori dela eta, asko erabiltzen da aeroespazialean, energia-ekipamenduetan, garraioan, kiroletan eta aisialdi-esparruetan

Pisu arina: errendimendu bikaina duen material estrategiko berri gisa, karbono-zuntzaren dentsitatea magnesioaren eta berilioarenaren ia berdina da, altzairuaren 1/4 baino gutxiago.Karbono-zuntzezko konposatua egiturazko material gisa erabiltzeak egitura-pisua %30-%40 murriztu dezake.

Erresistentzia handia eta modulu handia: karbono-zuntzaren indar espezifikoa altzairuarena baino 5 aldiz handiagoa da eta aluminio aleazioena baino 4 aldiz handiagoa;Modulu espezifikoa beste egiturazko materialen 1,3-12,3 aldiz da.

Hedapen-koefiziente txikia: karbono-zuntz gehienen hedapen termikoaren koefizientea negatiboa da giro-tenperaturan, 0 200-400 ℃-tan eta 1,5 baino ez 1000 ℃ × 10-6 / K baino gutxiagotan, ez da erraza hedatzen eta deformatzen lan handia dela eta. tenperatura.

Korrosio kimikoen erresistentzia ona: karbono-zuntzak karbono-eduki puru handia du, eta karbonoa elementu kimiko egonkorrenetako bat da, eta horren ondorioz, bere errendimendu oso egonkorra da ingurune azidoan eta alkalinoan, korrosioaren aurkako produktu kimiko mota guztietan bihur daitekeena.

Nekearekiko erresistentzia handia: karbono-zuntzaren egitura egonkorra da.Polimero-sarearen estatistiken arabera, tentsioaren neke-probaren milioika zikloren ondoren, konpositearen erresistentzia atxikipen-tasa % 60koa da oraindik, altzairuarena % 40koa den bitartean, aluminioa % 30ekoa eta beira-zuntzez indartutako plastikoa 20 baino ez da. % – %25.

Karbono-zuntz konposatua karbono-zuntzaren berrindartzea da.Karbono-zuntza bakarrik erabil daitekeen eta funtzio zehatz bat betetzen duen arren, azken finean material hauskorra da.Karbono-zuntzezko konposatua osatzeko matrize-materialarekin konbinatzen denean soilik eman diezaieke joko hobea bere propietate mekanikoei eta karga gehiago eraman.

Karbono-zuntzak dimentsio ezberdinen arabera sailka daitezke, hala nola aitzindari mota, fabrikazio metodoa eta errendimendua

Aitzindari motaren arabera: poliakrilonitrilo (Pan) oinarria, zelaia (isotropikoa, mesofasea);Biskosa-oinarria (zelulosa-oinarria, rayo-oinarria).Horien artean, poliakrilonitrilo (Pan) oinarritutako karbono-zuntzak posizio nagusia hartzen du, eta bere irteera karbono-zuntz osoaren % 90 baino gehiago hartzen du, eta biskosan oinarritutako karbono-zuntzak % 1 baino gutxiago hartzen du.

Fabrikazio-baldintzen eta metodoen arabera: karbono-zuntza (800-1600 ℃), grafito-zuntza (2000-3000 ℃), karbono-zuntz aktibatua, lurrun hazitako karbono-zuntza.

Propietate mekanikoen arabera, mota orokor eta errendimendu handiko motatan bana daiteke: mota orokorreko karbono-zuntzaren indarra 1000MPa ingurukoa da eta modulua 100GPa ingurukoa da;Errendimendu handiko mota indar handiko mota (indarra 2000mPa, 250gpa modulua) eta eredu altua (300gpa edo gehiagoko modulua) bana daiteke, horien artean 4000mpa baino handiagoa den indarra ultra-altuko mota ere deitzen da, eta 450gpa baino handiagoa den modulua. eredu ultra-altua deritzona.

Atoiaren tamainaren arabera, atoi txikia eta atoia handietan bana daiteke: atoi txikia karbono-zuntza 1K, 3K eta 6K da batez ere hasierako fasean, eta pixkanaka-pixkanaka 12K eta 24K-etan garatu zen, hau da, batez ere aeroespazialean, kiroletan erabiltzen dena. eta aisialdi eremuak.48K-tik gorako karbono-zuntzei, normalean, atoi handiko karbono-zuntz deitzen zaie, 48K, 60K, 80K, etab. barne, industria-eremuetan batez ere erabiltzen direnak.

Trakzio erresistentzia eta trakzio modulua karbono-zuntzaren propietateak ebaluatzeko bi indize nagusi dira.Horretan oinarrituta, Txinak PAN oinarritutako karbono-zuntzaren (GB / t26752-2011) estandar nazionala aldarrikatu zuen 2011n. Aldi berean, Toray-k karbono-zuntzaren industria globalean duen abantaila erabatekoa dela eta, etxeko fabrikatzaile gehienek Toray-ren sailkapen estandarra ere onartzen dute. erreferentzia gisa.

1.2 oztopo handiek balio erantsi handia dakar.Prozesua hobetzeak eta ekoizpen masiboa gauzatzeak kostuak nabarmen murrizten ditu eta eraginkortasuna areagotu dezake

1.2.1 industriaren oztopo teknikoa handia da, aitzindari ekoizpena muina da eta karbonizazioa eta oxidazioa gakoa.

Karbono-zuntzaren ekoizpen-prozesua konplexua da, eta horrek ekipamendu eta teknologia altuak behar ditu.Lotura bakoitzaren zehaztasunaren, tenperaturaren eta denboraren kontrolak asko eragingo du azken produktuaren kalitatean.Karbono-zuntz poliakrilonitriloa gaur egun erabiliena eta irteerarik handiena duen karbono-zuntza bihurtu da prestaketa-prozesu nahiko sinpleagatik, ekoizpen-kostu baxuagatik eta hiru hondakinen deuseztapen erosoagatik.Lehengai nagusia propanoa petrolio gordinaz egin daiteke, eta PAN karbono-zuntzaren industria-kateak fabrikazio prozesu osoa barne hartzen du energia primariotik hasi eta aplikazio terminalera arte.

Petrolio gordinetik propanoa prestatu ondoren, propanoaren deshidrogenazio katalitiko selektiboaren bidez (PDH) lortu zen propilenoa;

Akrilonitriloa propilenoaren amoxidazioaren bidez lortu zen.Poliakrilonitriloa (Pan) aitzindaria akrilonitriloaren polimerizazioaz eta biraketaz lortu zen;

Poliakrilonitriloa aldez aurretik oxidatzen da, tenperatura baxuan eta altuan karbono-zuntza lortzeko karbono-zuntza lortzeko, karbono-zuntzezko ehuna eta karbono-zuntzezko prepreg bihur daiteke karbono-zuntz konposatuak ekoizteko;

Karbono-zuntza erretxina, zeramika eta beste material batzuekin konbinatzen da karbono-zuntz konposatuak osatzeko.Azkenik, beheranzko aplikazioetarako azken produktuak moldaketa prozesu ezberdinen bidez lortzen dira;

Aitzindariaren kalitateak eta errendimendu-mailak zuzenean zehazten du karbono-zuntzaren azken errendimendua.Hori dela eta, biratze-soluzioaren kalitatea hobetzea eta aitzindariak eratzeko faktoreak optimizatzea kalitate handiko karbono-zuntza prestatzeko funtsezko puntu bihurtzen dira.

Karbono-zuntz aitzindari poliakrilonitriloaren ekoizpen-prozesuaren ikerketaren arabera, iraketa-prozesuak hiru kategoria hartzen ditu batez ere: bira hezea, bira lehorra eta bira lehor hezea.Gaur egun, hezea eta hezea lehorra ipinketa poliakrilonitriloaren aitzindariak ekoizteko erabiltzen dira batez ere etxean eta atzerrian, eta horien artean hezea ipintzea da gehien erabiltzen dena.

Biratze hezeak lehenik eta behin biraketa-soluzioa kanporatzen du spinneret-zulotik, eta biraketa-soluzioa koagulazio-bainuan sartzen da fluxu txiki moduan.Poliakrilonitrilo biratze-soluzioaren biraketa-mekanismoa DMSO-ren kontzentrazioaren artean hutsune handia dagoela biraketa-soluzioan eta koagulazio-bainuan, eta koagulazio-bainuan uraren kontzentrazioan eta poliakrilonitrilo-soluzioaren artean ere hutsune handia dago.Aurreko bi kontzentrazio-desberdintasunen elkarrekintzapean, likidoa bi norabidetan zabaltzen hasten da, eta azkenean harizpietan kondentsatzen da masa-transferentziaren, bero-transferentziaren, fase-orekako mugimenduaren eta beste prozesu batzuen bidez.

Aitzindariaren ekoizpenean, DMSO-kopurua, zuntz-tamaina, monofilamentaren indarra, modulua, luzapena, olio-edukia eta ur irakiten uzkurtzea aitzindariaren kalitatean eragiten duten funtsezko faktoreak bihurtzen dira.DMSO hondar-kopurua adibide gisa hartuta, karbono-zuntzezko azken produktuaren aitzindariaren, sekzio-egoeraren eta CV balioaren itxurazko propietateetan eragina du.Zenbat eta DMSO hondar-kopuru txikiagoa izan, orduan eta handiagoa izango da produktuaren errendimendua.Ekoizpenean, DMSOa garbiketa bidez kentzen da batez ere, beraz, garbiketa-tenperatura, denbora, ur gatzgabearen kantitatea eta garbiketa-ziklo kopurua nola kontrolatu lotura garrantzitsu bihurtzen da.

Kalitate handiko poliakrilonitrilo aitzindariak ezaugarri hauek izan behar ditu: dentsitate handia, kristalinotasun handia, sendotasun egokia, sekzio zirkularra, akats fisiko gutxiago, gainazal leuna eta azalaren nukleoaren egitura uniforme eta trinkoa.

Karbonizazioaren eta oxidazioaren tenperatura kontrolatzea da gakoa.Karbonizazioa eta oxidazioa ezinbesteko urratsa da karbono-zuntzezko azken produktuak aitzindarietatik ekoizteko.Urrats honetan, zehaztasuna eta tenperatura-barrutia zehaztasunez kontrolatu behar dira, bestela, karbono-zuntzezko produktuen trakzio-erresistentzia nabarmen eragingo da eta alanbre haustura ere eragingo du.

Preoxidazioa (200-300 ℃): aurreoxidazio-prozesuan, PAN aitzindaria poliki-poliki eta arin oxidatzen da atmosfera oxidatzailean tentsio jakin bat aplikatuz, eraztun-egitura ugari osatuz kate zuzenaren arabera, horrela. tenperatura altuagoko tratamendua jasateko helburua lortzeko.

Karbonizazioa (tenperatura maximoa ez 1000 ℃ baino txikiagoa): karbonizazio prozesua atmosfera geldoan egin behar da.Karbonizazioaren hasierako fasean, pan-katea hautsi eta gurutzatze-erreakzioa hasten da;Tenperatura igotzean, deskonposizio termikoko erreakzioa molekula txikiko gas ugari askatzen hasten da, eta grafitoaren egitura sortzen hasten da;Tenperatura gehiago igo zenean, karbono-edukia azkar handitu zen eta karbono-zuntza sortzen hasi zen.

Grafitizazioa (tratamendu-tenperatura 2000 ℃tik gorakoa): grafitizazioa ez da karbono-zuntz ekoizteko beharrezkoa den prozesua, aukerako prozesua baizik.Karbono-zuntzaren modulu elastiko handia espero bada, grafitizazioa behar da;Karbono-zuntzaren indar handia espero bada, ez da beharrezkoa grafitizazioa.Grafitizazio-prozesuan, tenperatura altuak zuntzak grafito-sare-egitura garatua osatzen du, eta egitura marraztuz integratzen da azken produktua lortzeko.

Oztopo tekniko handiek balio erantsi handia ematen diete beherako produktuei, eta hegazkin-konpositeen prezioa zeta gordinarena baino 200 aldiz handiagoa da.Karbono-zuntzaren prestaketa eta prozesu konplexuaren zailtasun handia dela eta, zenbat eta beherago dauden produktuak, orduan eta balio erantsi handiagoa.Batez ere, eremu aeroespazialean erabiltzen diren goi-mailako karbono-zuntz konposatuetarako, beheko bezeroek fidagarritasunari eta egonkortasunari buruzko baldintza oso zorrotzak dituztelako, produktuaren prezioak ere hazkunde geometriko anitza erakusten du karbono-zuntz arruntarekin alderatuta.


Argitalpenaren ordua: 2021-07-22