A 21. században az új anyagok királyaként ismert szénszál az anyagok fényes gyöngyszeme.A szénszál (CF) egyfajta szervetlen szál, amelynek széntartalma meghaladja a 90%-ot.A szerves szálakat (viszkóz alapú, szurok alapú, poliakrilnitril alapú szálak stb.) magas hőmérsékleten pirolizálják és karbonizálják, hogy szénvázat képezzenek.
Az erősített szál új generációjaként a szénszál kiváló mechanikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkezik.Nemcsak a karbon anyagokra jellemző tulajdonságokkal rendelkezik, hanem a textilszál puhaságával és feldolgozhatóságával is.Ezért széles körben használják a repülőgépiparban, az energetikai berendezésekben, a közlekedésben, a sport- és szabadidős területeken
Könnyű súly: mint stratégiai új anyag, kiváló teljesítménnyel, a szénszál sűrűsége majdnem megegyezik a magnéziuméval és a berilliuméval, kevesebb mint 1/4-e az acélénak.A szénszálas kompozit szerkezeti anyagként való használata 30-40%-kal csökkentheti a szerkezeti tömeget.
Nagy szilárdság és nagy modulus: a szénszál fajlagos szilárdsága 5-ször nagyobb, mint az acélé és 4-szer nagyobb, mint az alumíniumötvöté;A fajlagos modulus 1,3-12,3-szorosa más szerkezeti anyagokénak.
Kis tágulási együttható: a legtöbb szénszál hőtágulási együtthatója negatív szobahőmérsékleten, 0 200-400 ℃-on, és csak 1,5 1000 ℃ × 10-6 / K alatt, nem könnyű tágulni és deformálni a magas megmunkálás miatt hőfok.
Jó kémiai korrózióállóság: a szénszál magas tiszta széntartalommal rendelkezik, és a szén az egyik legstabilabb kémiai elem, ami nagyon stabil teljesítményt eredményez savas és lúgos környezetben, amely mindenféle kémiai korróziógátló termékké alakítható.
Erős fáradtságállóság: a szénszál szerkezete stabil.A polimer hálózat statisztikái szerint több millió ciklusos igénybevételi kifáradási teszt után a kompozit szilárdsági tartási aránya továbbra is 60%, míg az acélé 40%, az alumíniumé 30%, az üvegszál erősítésű műanyagé pedig csak 20%. % – 25%.
A szénszálas kompozit a szénszál újraerősítése.Bár a szénszál önmagában is használható és meghatározott funkciót tölt be, mégis törékeny anyag.Csak ha a mátrixanyaggal kombinálva szénszálas kompozitot alkotnak, akkor tud jobb játékot adni mechanikai tulajdonságainak és több terhelést viselni.
A szénszálak különböző méretek szerint osztályozhatók, mint például a prekurzor típusa, gyártási módja és teljesítménye
A prekurzor típusa szerint: poliakrilnitril (Pan) alapú, szurok alapú (izotróp, mezofázis);Viszkóz alap (cellulóz alap, műselyem alap).Közülük a poliakrilnitril (Pan) alapú szénszál a fősodort foglalja el, és kibocsátása a teljes szénszál több mint 90%-át, míg a viszkóz alapú szénszál kevesebb, mint 1%-át teszi ki.
A gyártási feltételek és módszerek szerint: szénszál (800-1600 ℃), grafitszál (2000-3000 ℃), aktív szénszál, gőzzel növesztett szénszál.
A mechanikai tulajdonságok szerint általános típusra és nagy teljesítményű típusra osztható: az általános típusú szénszál szilárdsága körülbelül 1000 MPa, a modulus pedig körülbelül 100 GPa;A nagy teljesítményű típus nagy szilárdságú típusra (szilárdság 2000 mPa, modulus 250 gpa) és nagy modellre (modulus 300 gpa vagy több) osztható, amelyek közül a 4000 mpa-nál nagyobb szilárdságot ultra-nagy szilárdságú típusnak is nevezik, és a 450 gpa-nál nagyobb modulus ultramagas modellnek nevezik.
A kóc mérete szerint kis kócra és nagy kócra osztható: a kis kócos szénszál elsősorban 1K, 3K és 6K a kezdeti szakaszban, és fokozatosan fejlődik 12K és 24K-ra, amelyet főként a repülésben, sportban használnak. és szabadidős területeken.A 48K feletti szénszálakat általában nagy kócos szénszálaknak nevezik, beleértve a 48K, 60K, 80K stb., amelyeket főleg ipari területeken használnak.
A szakítószilárdság és a szakítószilárdság két fő mutató a szénszál tulajdonságainak értékeléséhez.Ennek alapján Kína 2011-ben kihirdette a PAN alapú szénszálra vonatkozó nemzeti szabványt (GB / t26752-2011). Ugyanakkor a Toray abszolút vezető előnye miatt a globális szénszál-iparban a legtöbb hazai gyártó is átveszi a Toray osztályozási szabványát. referenciaként.
1.2 A magas korlátok magas hozzáadott értéket hoznak.A folyamat javítása és a tömeggyártás megvalósítása jelentősen csökkentheti a költségeket és növelheti a hatékonyságot
1.2.1 az ipar technikai akadályai magasak, a prekurzor gyártás a mag, a karbonizáció és oxidáció a kulcs
A szénszál gyártási folyamata összetett, amely magas berendezéseket és technológiát igényel.Az egyes linkek pontosságának, hőmérsékletének és idejének szabályozása nagyban befolyásolja a végtermék minőségét.A poliakrilnitril szénszál jelenleg a legszélesebb körben használt és a legnagyobb kibocsátású szénszálré vált viszonylag egyszerű előállítási folyamatának, alacsony előállítási költségének és három hulladék kényelmes ártalmatlanításának köszönhetően.A fő nyersanyag a propán kőolajból készülhet, a PAN szénszálas ipari lánc pedig egy komplett gyártási folyamatot tartalmaz a primer energiától a terminális alkalmazásig.
Miután a propánt nyersolajból állítottuk elő, a propán szelektív katalitikus dehidrogénezésével (PDH) propilént kaptunk;
Az akrilnitrilt propilén ammoxidálásával nyerték.A poliakrilnitril (Pan) prekurzort akrilnitril polimerizálásával és fonásával kaptuk;
A poliakrilnitrilt előoxidálják, alacsony és magas hőmérsékleten karbonizálják, hogy szénszálat kapjanak, amelyből szénszálas szövet és szénszálas prepreg készíthető szénszálas kompozitok előállításához;
A szénszálakat gyantával, kerámiával és más anyagokkal kombinálják, hogy szénszálas kompozitokat képezzenek.Végül a későbbi alkalmazásokhoz szükséges végtermékeket különféle öntési eljárásokkal állítják elő;
A prekurzor minősége és teljesítményszintje közvetlenül meghatározza a szénszál végső teljesítményét.Ezért a fonóoldat minőségének javítása és a prekurzorképződési tényezők optimalizálása válik a jó minőségű szénszál előállításának kulcspontjává.
A „Poliakrilnitril alapú szénszál-prekurzor gyártási folyamatával kapcsolatos kutatás” szerint a fonási folyamat alapvetően három kategóriát foglal magában: nedves fonás, száraz fonás és száraz nedves fonás.Jelenleg a nedves fonást és a száraz nedves fonást elsősorban poliakrilnitril prekurzorok előállítására használják itthon és külföldön, amelyek közül a nedves fonás a legszélesebb körben alkalmazott.
A nedves fonás először a fonóoldatot extrudálja a fonófuratból, és a fonóoldat kis áramlás formájában kerül a koaguláló fürdőbe.A poliakrilnitril fonóoldat forgási mechanizmusa az, hogy nagy különbség van a fonóoldat és a koagulációs fürdő DMSO koncentrációja között, valamint nagy különbség van a koaguláló fürdőben lévő víz és a poliakrilnitril oldat koncentrációja között.A fenti két koncentrációkülönbség kölcsönhatása során a folyadék két irányban diffundálni kezd, végül tömegátadás, hőátadás, fázisegyensúlyi mozgás és egyéb folyamatok révén szálakká kondenzálódik.
A prekurzor gyártása során a DMSO maradék mennyisége, a szálméret, a monofil szilárdság, a modulus, a nyúlás, az olajtartalom és a forrásvíz zsugorodása válik a prekurzor minőségét befolyásoló kulcstényezőkké.Ha például a DMSO maradék mennyiségét vesszük, ez befolyásolja a prekurzor látszólagos tulajdonságait, a keresztmetszet állapotát és a végső szénszálas termék CV értékét.Minél alacsonyabb a DMSO maradék mennyisége, annál nagyobb a termék teljesítménye.A gyártás során a DMSO-t főként mosással távolítják el, így a mosási hőmérséklet, idő, a sótalanított víz mennyiségének és a mosási ciklus mennyiségének szabályozása fontos láncszemté válik.
A kiváló minőségű poliakrilnitril prekurzornak a következő jellemzőkkel kell rendelkeznie: nagy sűrűség, nagy kristályosság, megfelelő szilárdság, kör keresztmetszet, kevesebb fizikai hiba, sima felület és egységes és sűrű bőrmagszerkezet.
A karbonizáció és az oxidáció hőmérsékletének szabályozása a kulcs.A karbonizálás és az oxidáció lényeges lépés a szénszálas végtermékek prekurzorból történő előállításában.Ebben a lépésben a pontosságot és a hőmérséklet-tartományt pontosan ellenőrizni kell, különben a szénszálas termékek szakítószilárdsága jelentősen csökken, és akár huzaltöréshez is vezethet.
Előoxidáció (200-300 ℃): az előoxidációs folyamatban a PAN prekurzor lassan és enyhén oxidálódik bizonyos feszültség hatására az oxidáló atmoszférában, nagyszámú gyűrűs szerkezetet képezve a serpenyős egyenes lánc alapján, így elérni azt a célt, hogy ellenálljon a magasabb hőmérsékletű kezelésnek.
Karbonizálás (maximális hőmérséklet nem alacsonyabb, mint 1000 ℃): a karbonizálási folyamatot inert atmoszférában kell végrehajtani.A karbonizáció korai szakaszában a serpenyős lánc megszakad, és megindul a térhálósodási reakció;A hőmérséklet emelkedésével a hőbomlási reakció során nagyszámú kis molekulájú gáz szabadul fel, és elkezd kialakulni a grafitszerkezet;Amikor a hőmérséklet tovább emelkedett, a széntartalom gyorsan nőtt, és elkezdett képződni a szénszál.
Grafitizálás (2000 ℃ feletti kezelési hőmérséklet): a grafitizálás nem szükséges folyamat a szénszál előállításához, hanem opcionális.Ha a szénszál nagy rugalmassági modulusa várható, grafitozásra van szükség;Ha a szénszál nagy szilárdsága várható, nincs szükség grafitozásra.A grafitizálási folyamatban a magas hőmérséklet hatására a szál egy fejlett grafithálós szerkezetet alkot, és a szerkezetet húzással integrálják, hogy megkapják a végterméket.
A magas műszaki korlátok magas hozzáadott értékkel ruházzák fel a downstream termékeket, és a repülési kompozitok ára 200-szor magasabb, mint a nyers selyemé.A szénszál-előkészítés nehézkessége és az összetett folyamat miatt minél több termék található, annál magasabb a hozzáadott érték.Különösen a repülőgépiparban használt csúcskategóriás szénszálas kompozitok esetében, mivel a downstream ügyfelek nagyon szigorú követelményeket támasztanak annak megbízhatóságával és stabilitásával kapcsolatban, a termék ára is geometriai többszörös növekedést mutat a hagyományos szénszálakhoz képest.
Feladás időpontja: 2021.07.22