Analisis mendalam industri gentian karbon: pertumbuhan tinggi, ruang luas bahan baharu dan trek berkualiti tinggi

Serat karbon, yang dikenali sebagai raja bahan baharu pada abad ke-21, adalah mutiara yang terang dalam bahan.Gentian karbon (CF) adalah sejenis gentian bukan organik dengan lebih daripada 90% kandungan karbon.Gentian organik (berasaskan viscose, berasaskan pic, gentian berasaskan poliakrilonitril, dsb.) dipirolisis dan dikarbonkan pada suhu tinggi untuk membentuk tulang belakang karbon.

Sebagai gentian bertetulang generasi baharu, gentian karbon mempunyai sifat mekanikal dan kimia yang sangat baik.Ia bukan sahaja mempunyai ciri-ciri semula jadi bahan karbon, tetapi juga mempunyai kelembutan dan kebolehprosesan gentian tekstil.Oleh itu, ia digunakan secara meluas dalam aeroangkasa, peralatan tenaga, pengangkutan, sukan dan bidang riadah

Berat ringan: sebagai bahan baharu yang strategik dengan prestasi cemerlang, ketumpatan gentian karbon hampir sama dengan magnesium dan berilium, kurang daripada 1/4 daripada keluli.Menggunakan komposit gentian karbon sebagai bahan struktur boleh mengurangkan berat struktur sebanyak 30% – 40%.

Kekuatan tinggi dan modulus tinggi: kekuatan khusus gentian karbon adalah 5 kali lebih tinggi daripada keluli dan 4 kali lebih tinggi daripada aloi aluminium;Modulus khusus ialah 1.3-12.3 kali daripada bahan struktur lain.

Pekali pengembangan kecil: pekali pengembangan haba kebanyakan gentian karbon adalah negatif pada suhu bilik, 0 pada 200-400 ℃, dan hanya 1.5 pada kurang daripada 1000 ℃ × 10-6 / K, tidak mudah berkembang dan berubah bentuk kerana kerja yang tinggi suhu.

Rintangan kakisan kimia yang baik: gentian karbon mempunyai kandungan karbon tulen yang tinggi, dan karbon adalah salah satu unsur kimia yang paling stabil, menghasilkan prestasi yang sangat stabil dalam persekitaran asid dan alkali, yang boleh dijadikan semua jenis produk anti-karat kimia.

Rintangan keletihan yang kuat: struktur gentian karbon adalah stabil.Mengikut statistik rangkaian polimer, selepas berjuta-juta kitaran ujian kelesuan tekanan, kadar pengekalan kekuatan komposit masih 60%, manakala keluli adalah 40%, aluminium ialah 30%, dan plastik bertetulang gentian kaca hanya 20. % – 25%.

Komposit gentian karbon ialah pengukuhan semula gentian karbon.Walaupun gentian karbon boleh digunakan secara bersendirian dan memainkan fungsi tertentu, ia adalah bahan yang rapuh.Hanya apabila ia digabungkan dengan bahan matriks untuk membentuk komposit gentian karbon ia boleh memberikan permainan yang lebih baik kepada sifat mekanikalnya dan membawa lebih banyak beban.

Gentian karbon boleh dikelaskan mengikut dimensi berbeza seperti jenis prekursor, kaedah pembuatan dan prestasi

Mengikut jenis prekursor: berasaskan polyacrylonitrile (Pan), berasaskan pic (isotropik, mesophase);Asas viscose (asas selulosa, asas rayon).Antaranya, gentian karbon berasaskan polyacrylonitrile (Pan) menduduki kedudukan arus perdana, dan outputnya menyumbang lebih daripada 90% daripada jumlah gentian karbon, manakala gentian karbon berasaskan viscose menyumbang kurang daripada 1%.

Mengikut syarat dan kaedah pembuatan: gentian karbon (800-1600 ℃), gentian grafit (2000-3000 ℃), gentian karbon diaktifkan, gentian karbon yang ditanam wap.

Mengikut sifat mekanikal, ia boleh dibahagikan kepada jenis umum dan jenis berprestasi tinggi: kekuatan gentian karbon jenis umum adalah kira-kira 1000MPa, dan modulus adalah kira-kira 100GPa;Jenis prestasi tinggi boleh dibahagikan kepada jenis kekuatan tinggi (kekuatan 2000mPa, modulus 250gpa) dan model tinggi (modulus 300gpa atau lebih), antaranya kekuatan yang lebih besar daripada 4000mpa juga dipanggil jenis kekuatan ultra-tinggi, dan modulus yang lebih besar daripada 450gpa ialah dipanggil model ultra-tinggi.

Mengikut saiz tunda, ia boleh dibahagikan kepada tunda kecil dan tunda besar: gentian karbon tunda kecil terutamanya 1K, 3K dan 6K pada peringkat awal, dan secara beransur-ansur berkembang menjadi 12K dan 24K, yang digunakan terutamanya dalam aeroangkasa, sukan. dan padang riadah.Gentian karbon melebihi 48K biasanya dipanggil gentian karbon tunda besar, termasuk 48K, 60K, 80K, dll., yang digunakan terutamanya dalam bidang perindustrian.

Kekuatan tegangan dan modulus tegangan adalah dua indeks utama untuk menilai sifat gentian karbon.Berdasarkan ini, China mengisytiharkan piawaian kebangsaan untuk gentian karbon berasaskan PAN (GB / t26752-2011) pada tahun 2011. Pada masa yang sama, disebabkan kelebihan utama Toray yang mutlak dalam industri gentian karbon global, kebanyakan pengeluar domestik turut menggunakan piawaian klasifikasi Toray sebagai rujukan.

1.2 halangan yang tinggi membawa nilai tambah yang tinggi.Menambah baik proses dan merealisasikan pengeluaran besar-besaran boleh mengurangkan kos dengan ketara dan meningkatkan kecekapan

1.2.1 halangan teknikal industri adalah tinggi, pengeluaran prekursor adalah teras, dan pengkarbonan dan pengoksidaan adalah kunci

Proses pengeluaran gentian karbon adalah kompleks, yang memerlukan peralatan dan teknologi tinggi.Kawalan ketepatan, suhu dan masa setiap pautan akan sangat mempengaruhi kualiti produk akhir.Gentian karbon poliakrilonitril telah menjadi gentian karbon yang paling banyak digunakan dan keluaran tertinggi pada masa ini kerana proses penyediaannya yang agak mudah, kos pengeluaran yang rendah dan pelupusan tiga bahan buangan yang mudah.Bahan mentah utama propana boleh dibuat daripada minyak mentah, dan rantaian industri gentian karbon PAN termasuk proses pembuatan lengkap daripada tenaga primer kepada aplikasi terminal.

Selepas propana disediakan daripada minyak mentah, propilena diperoleh dengan penyahhidrogenan pemangkin terpilih (PDH) propana;

Akrilonitril diperoleh dengan pengoksidaan propilena.Prekursor poliakrilonitril (Pan) diperoleh melalui pempolimeran dan pemintalan akrilonitril;

Poliakrilonitril adalah pra teroksida, berkarbonat pada suhu rendah dan tinggi untuk mendapatkan gentian karbon, yang boleh dijadikan fabrik gentian karbon dan prepreg gentian karbon untuk penghasilan komposit gentian karbon;

Gentian karbon digabungkan dengan resin, seramik dan bahan lain untuk membentuk komposit gentian karbon.Akhir sekali, produk akhir untuk aplikasi hiliran diperoleh melalui pelbagai proses pengacuan;

Tahap kualiti dan prestasi prekursor secara langsung menentukan prestasi akhir gentian karbon.Oleh itu, meningkatkan kualiti penyelesaian berputar dan mengoptimumkan faktor pembentukan prekursor menjadi perkara utama dalam penyediaan gentian karbon berkualiti tinggi.

Menurut "Penyelidikan proses pengeluaran pelopor gentian karbon berasaskan polyacrylonitrile", proses berputar terutamanya merangkumi tiga kategori: berputar basah, berputar kering dan berputar basah kering.Pada masa ini, putaran basah dan putaran basah kering digunakan terutamanya untuk menghasilkan prekursor poliakrilonitril di dalam dan luar negara, antaranya pemintalan basah adalah yang paling banyak digunakan.

Putaran basah mula-mula menyemperit larutan berputar dari lubang spinneret, dan larutan berputar memasuki mandi pembekuan dalam bentuk aliran kecil.Mekanisme putaran larutan pemintalan poliakrilonitril ialah terdapat jurang yang besar antara kepekatan DMSO dalam larutan berputar dan mandian pembekuan, dan terdapat juga jurang yang besar antara kepekatan air dalam mandian pembekuan dan larutan poliakrilonitril.Di bawah interaksi dua perbezaan kepekatan di atas, cecair mula meresap dalam dua arah, dan akhirnya terpeluwap menjadi filamen melalui pemindahan jisim, pemindahan haba, pergerakan keseimbangan fasa dan proses lain.

Dalam pengeluaran prekursor, jumlah baki DMSO, saiz gentian, kekuatan monofilamen, modulus, pemanjangan, kandungan minyak dan pengecutan air mendidih menjadi faktor utama yang mempengaruhi kualiti prekursor.Mengambil jumlah baki DMSO sebagai contoh, ia mempunyai pengaruh ke atas sifat ketara prekursor, keadaan keratan rentas dan nilai CV produk gentian karbon akhir.Semakin rendah jumlah baki DMSO, semakin tinggi prestasi produk.Dalam pengeluaran, DMSO terutamanya dikeluarkan dengan mencuci, jadi bagaimana untuk mengawal suhu basuh, masa, jumlah air ternyah garam dan jumlah kitaran basuh menjadi pautan penting.

Prekursor poliakrilonitril berkualiti tinggi harus mempunyai ciri-ciri berikut: ketumpatan tinggi, kehabluran tinggi, kekuatan yang sesuai, keratan rentas bulat, kurang kecacatan fizikal, permukaan licin dan struktur teras kulit yang seragam dan padat.

Kawalan suhu pengkarbonan dan pengoksidaan adalah kuncinya.Pengkarbonan dan pengoksidaan merupakan langkah penting dalam penghasilan produk akhir gentian karbon daripada prekursor.Dalam langkah ini, ketepatan dan julat suhu harus dikawal dengan tepat, jika tidak, kekuatan tegangan produk gentian karbon akan terjejas dengan ketara, malah membawa kepada kerosakan wayar.

Prapengoksidaan (200-300 ℃): dalam proses prapengoksidaan, prekursor PAN perlahan-lahan dan sedikit teroksida dengan menggunakan ketegangan tertentu dalam suasana pengoksidaan, membentuk sejumlah besar struktur cincin berdasarkan rantai lurus kuali, supaya dapat mencapai tujuan menahan rawatan suhu yang lebih tinggi.

Pengkarbonan (suhu maksimum tidak lebih rendah daripada 1000 ℃): proses pengkarbonan hendaklah dijalankan dalam suasana lengai.Pada peringkat awal pengkarbonan, rantai kuali putus dan tindak balas silang silang bermula;Dengan peningkatan suhu, tindak balas penguraian haba mula melepaskan sejumlah besar gas molekul kecil, dan struktur grafit mula terbentuk;Apabila suhu meningkat lagi, kandungan karbon meningkat dengan cepat dan gentian karbon mula terbentuk.

Grafitisasi (suhu rawatan melebihi 2000 ℃): grafitisasi bukanlah proses yang diperlukan untuk pengeluaran gentian karbon, tetapi proses pilihan.Jika modulus keanjalan tinggi gentian karbon dijangka, grafitisasi diperlukan;Jika kekuatan gentian karbon yang tinggi dijangkakan, grafitisasi tidak diperlukan.Dalam proses grafitisasi, suhu tinggi menjadikan gentian membentuk struktur mesh grafit yang dibangunkan, dan struktur itu disepadukan dengan melukis untuk mendapatkan produk akhir.

Halangan teknikal yang tinggi memberikan produk hiliran dengan nilai tambah yang tinggi, dan harga komposit penerbangan adalah 200 kali lebih tinggi daripada sutera mentah.Oleh kerana kesukaran penyediaan gentian karbon yang tinggi dan proses yang kompleks, lebih banyak produk hiliran, lebih tinggi nilai tambahnya.Terutamanya untuk komposit gentian karbon mewah yang digunakan dalam bidang aeroangkasa, kerana pelanggan hiliran mempunyai keperluan yang sangat ketat terhadap kebolehpercayaan dan kestabilannya, harga produk juga menunjukkan pertumbuhan berbilang geometri berbanding dengan gentian karbon biasa.


Masa siaran: Jul-22-2021