කාබන් ෆයිබර් කර්මාන්තයේ ගැඹුරු විශ්ලේෂණය: ඉහළ වර්ධනය, නව ද්රව්යවල පුළුල් ඉඩ සහ උසස් තත්ත්වයේ ධාවන පථය

21 වැනි සියවසේ නව ද්‍රව්‍යවල රජු ලෙස හඳුන්වන කාබන් ෆයිබර් ද්‍රව්‍යවල දීප්තිමත් මුතු ඇටයකි.කාබන් ෆයිබර් (CF) යනු 90% කට වඩා වැඩි කාබන් අන්තර්ගතයක් සහිත අකාබනික තන්තු වර්ගයකි.කාබනික තන්තු (විස්කෝස් පාදක, තාර පාදක, පොලිඇක්‍රිලෝනයිට්‍රයිල් පාදක තන්තු, යනාදිය) පයිෙරොලයිස් කර ඉහළ උෂ්ණත්වයකදී කාබන් කොඳු නාරටිය සාදයි.

ශක්තිමත් කරන ලද තන්තු වල නව පරම්පරාවක් ලෙස, කාබන් ෆයිබර් විශිෂ්ට යාන්ත්‍රික හා රසායනික ගුණ ඇත.එය කාබන් ද්රව්යවල ආවේනික ලක්ෂණ පමණක් නොව, රෙදිපිළි තන්තු වල මෘදු බව සහ සැකසීමේ හැකියාව ද ඇත.එබැවින් එය අභ්‍යවකාශ, බලශක්ති උපකරණ, ප්‍රවාහන, ක්‍රීඩා සහ විවේක ක්ෂේත්‍රවල බහුලව භාවිතා වේ.

සැහැල්ලු බර: විශිෂ්ට කාර්ය සාධනයක් සහිත උපාය මාර්ගික නව ද්‍රව්‍යයක් ලෙස, කාබන් තන්තු වල ඝනත්වය මැග්නීසියම් සහ බෙරිලියම් වලට සමාන වන අතර වානේ වලින් 1/4 ට වඩා අඩුය.ව්‍යුහාත්මක ද්‍රව්‍ය ලෙස කාබන් ෆයිබර් සංයෝගය භාවිතා කිරීමෙන් ව්‍යුහාත්මක බර 30% - 40% කින් අඩු කර ගත හැක.

ඉහළ ශක්තිය සහ ඉහළ මාපාංකය: කාබන් තන්තු වල නිශ්චිත ශක්තිය වානේවලට වඩා 5 ගුණයකින් වැඩි වන අතර ඇලුමිනියම් මිශ්ර ලෝහයට වඩා 4 ගුණයකින් වැඩි ය;විශේෂිත මාපාංකය අනෙකුත් ව්යුහාත්මක ද්රව්ය වලින් 1.3-12.3 ගුණයක් වේ.

කුඩා ප්‍රසාරණ සංගුණකය: බොහෝ කාබන් තන්තු වල තාප ප්‍රසාරණ සංගුණකය කාමර උෂ්ණත්වයේ දී සෘණාත්මක වේ, 0 200-400 ℃, සහ 1000 ℃ × 10-6 / K ට අඩු 1.5 ක් පමණි, ඉහළ ක්‍රියාකාරීත්වය නිසා ප්‍රසාරණය වීමට සහ විකෘති කිරීමට පහසු නොවේ. උෂ්ණත්වය.

හොඳ රසායනික විඛාදන ප්‍රතිරෝධය: කාබන් ෆයිබර්වල ඉහළ පිරිසිදු කාබන් අන්තර්ගතයක් ඇති අතර කාබන් වඩාත් ස්ථායී රසායනික මූලද්‍රව්‍යවලින් එකකි, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස අම්ල හා ක්ෂාර පරිසරයේ ඉතා ස්ථායී ක්‍රියාකාරිත්වයක් ඇති අතර එය සියලු වර්ගවල රසායනික විඛාදන විරෝධී නිෂ්පාදන බවට පත් කළ හැකිය.

ශක්තිමත් තෙහෙට්ටුව ප්රතිරෝධය: කාබන් ෆයිබර් ව්යුහය ස්ථායී වේ.පොලිමර් ජාලයේ සංඛ්‍යාලේඛනවලට අනුව, ආතති තෙහෙට්ටුව පරීක්ෂා කිරීමේ චක්‍ර මිලියන ගණනකට පසුව, සංයුක්තයේ ශක්තිය රඳවා ගැනීමේ අනුපාතය තවමත් 60% වන අතර වානේ 40%, ඇලුමිනියම් 30% සහ වීදුරු තන්තු ශක්තිමත් කරන ලද ප්ලාස්ටික් 20 ක් පමණි. % - 25%.

කාබන් ෆයිබර් සංයුක්තය යනු කාබන් ෆයිබර් නැවත ශක්තිමත් කිරීමයි.කාබන් ෆයිබර් තනියම භාවිතා කළ හැකි අතර නිශ්චිත කාර්යයක් ඉටු කළ හැකි වුවද, එය බිඳෙනසුලු ද්රව්යයකි.එය අනුකෘති ද්‍රව්‍ය සමඟ ඒකාබද්ධ කර කාබන් ෆයිබර් සංයෝගයක් සෑදූ විට පමණක් එයට එහි යාන්ත්‍රික ගුණාංගවලට වඩා හොඳ ක්‍රීඩාවක් ලබා දිය හැකි අතර වැඩි බරක් ගෙන යා හැකිය.

පූර්වගාමී වර්ගය, නිෂ්පාදන ක්‍රමය සහ කාර්ය සාධනය වැනි විවිධ මානයන් අනුව කාබන් තන්තු වර්ග කළ හැක.

පූර්වගාමී වර්ගය අනුව: පොලිඇක්‍රිලෝනිට්‍රයිල් (පෑන්) පදනම් වූ, තණතීරුව මත පදනම් වූ (සමාවර්තීය, මෙසොෆේස්);විස්කෝස් පදනම (සෙලියුලෝස් පදනම, රේයෝන් පදනම).ඒවා අතර, පොලිඇක්‍රිලෝනිට්‍රයිල් (පෑන්) පදනම් වූ කාබන් තන්තු ප්‍රධාන ධාරාවේ ස්ථානය හිමි කර ගන්නා අතර, එහි ප්‍රතිදානය මුළු කාබන් තන්තු ප්‍රමාණයෙන් 90% කට වඩා වැඩි ප්‍රමාණයක් වන අතර විස්කෝස් පදනම් වූ කාබන් තන්තු 1% ට වඩා අඩුය.

නිෂ්පාදන කොන්දේසි සහ ක්‍රම අනුව: කාබන් ෆයිබර් (800-1600 ℃), ග්‍රැෆයිට් ෆයිබර් (2000-3000 ℃), සක්‍රිය කාබන් ෆයිබර්, වාෂ්ප වැඩුණු කාබන් ෆයිබර්.

යාන්ත්රික ලක්ෂණ අනුව, එය සාමාන්ය වර්ගය සහ ඉහළ කාර්ය සාධන වර්ගයට බෙදිය හැකිය: සාමාන්ය වර්ගයේ කාබන් තන්තු වල ශක්තිය 1000MPa පමණ වන අතර, මාපාංකය 100GPa පමණ වේ;ඉහළ කාර්ය සාධන වර්ගය අධි ශක්ති වර්ගය (ශක්තිය 2000mPa, මාපාංක 250gpa) සහ ඉහළ මාදිලිය (මාපාංකය 300gpa හෝ ඊට වැඩි) ලෙස බෙදිය හැකිය, ඒ අතර 4000mpa ට වඩා වැඩි ශක්තිය අති-ඉහළ ශක්ති වර්ගය ලෙසද හැඳින්වේ, සහ 450gpa ට වඩා වැඩි මාපාංකය වේ. Ultra-high model ලෙස හැඳින්වේ.

ඇදගෙන යාමේ ප්‍රමාණය අනුව, එය කුඩා ඇදගෙන යාම සහ විශාල ඇදගෙන යා හැකිය: කුඩා ඇදගෙන යාමේ කාබන් ෆයිබර් ප්‍රධාන වශයෙන් ආරම්භක අවධියේදී 1K, 3K සහ 6K වන අතර ක්‍රමයෙන් 12K සහ 24K දක්වා වර්ධනය වන අතර එය ප්‍රධාන වශයෙන් අභ්‍යවකාශ, ක්‍රීඩා සඳහා භාවිතා වේ. සහ විවේක ක්ෂේත්ර.48K ට වැඩි කාබන් තන්තු සාමාන්‍යයෙන් කාර්මික ක්ෂේත්‍රවල ප්‍රධාන වශයෙන් භාවිතා වන 48K, 60K, 80K, ඇතුළුව විශාල ඇදගෙන යන කාබන් තන්තු ලෙස හැඳින්වේ.

ආතන්ය ශක්තිය සහ ආතන්ය මාපාංකය කාබන් තන්තු වල ගුණාංග ඇගයීම සඳහා ප්රධාන දර්ශක දෙකකි.මෙය මත පදනම්ව, චීනය 2011 දී PAN මත පදනම් වූ කාබන් ෆයිබර් (GB / t26752-2011) සඳහා ජාතික ප්‍රමිතිය ප්‍රකාශයට පත් කරන ලදී. ඒ අතරම, ගෝලීය කාබන් ෆයිබර් කර්මාන්තයේ Toray හි පරම ප්‍රමුඛ වාසිය හේතුවෙන්, බොහෝ දේශීය නිෂ්පාදකයින් ද Toray හි වර්ගීකරණ ප්‍රමිතිය අනුගමනය කරයි. යොමු කිරීමක් ලෙස.

1.2 ඉහළ බාධක ඉහළ එකතු කළ අගයක් ගෙන එයි.ක්රියාවලිය වැඩිදියුණු කිරීම සහ මහා පරිමාණ නිෂ්පාදනය සාක්ෂාත් කර ගැනීමෙන් පිරිවැය සැලකිය යුතු ලෙස අඩු කර කාර්යක්ෂමතාව වැඩි කළ හැකිය

1.2.1 කර්මාන්තයේ තාක්ෂණික බාධකය ඉහළ ය, පූර්වගාමී නිෂ්පාදනය හරය වන අතර කාබන්කරණය සහ ඔක්සිකරණය ප්රධාන වේ

කාබන් ෆයිබර් නිෂ්පාදන ක්රියාවලිය සංකීර්ණ වන අතර, ඉහළ උපකරණ සහ තාක්ෂණය අවශ්ය වේ.එක් එක් සබැඳියේ නිරවද්‍යතාවය, උෂ්ණත්වය සහ කාලය පාලනය කිරීම අවසාන නිෂ්පාදනයේ ගුණාත්මක භාවයට බෙහෙවින් බලපානු ඇත.Polyacrylonitrile කාබන් ෆයිබර් එහි සාපේක්ෂ සරල සකස් කිරීමේ ක්‍රියාවලිය, අඩු නිෂ්පාදන පිරිවැය සහ අපද්‍රව්‍ය තුනක් පහසුවෙන් බැහැර කිරීම හේතුවෙන් දැනට බහුලව භාවිතා වන සහ ඉහළම නිමැවුම් කාබන් තන්තු බවට පත්ව ඇත.ප්‍රධාන අමුද්‍රව්‍ය ප්‍රොපේන් බොරතෙල් වලින් සෑදිය හැකි අතර PAN කාබන් ෆයිබර් කර්මාන්ත දාමයට ප්‍රාථමික ශක්තියේ සිට පර්යන්ත යෙදුම දක්වා සම්පූර්ණ නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියක් ඇතුළත් වේ.

බොරතෙල් වලින් ප්‍රොපේන් සකස් කළ පසු, ප්‍රොපේන් වරණීය උත්ප්‍රේරක විජලනය (PDH) මගින් ප්‍රොපිලීන් ලබා ගන්නා ලදී;

ඇක්‍රිලෝනිට්‍රයිල් ප්‍රොපිලීන් ඇමොක්සිකරණය මගින් ලබා ගන්නා ලදී.Polyacrylonitrile (Pan) පූර්වගාමියා ඇක්‍රිලෝනිට්‍රයිල් බහුඅවයවීකරණය සහ භ්‍රමණය මගින් ලබා ගන්නා ලදී;

Polyacrylonitrile පෙර ඔක්සිකරණය කර, කාබන් ෆයිබර් ලබා ගැනීම සඳහා අඩු සහ ඉහළ උෂ්ණත්වයකදී කාබන්කරණය කර ඇති අතර, කාබන් ෆයිබර් රෙදි සහ කාබන් ෆයිබර් සංයෝග නිෂ්පාදනය සඳහා කාබන් ෆයිබර් ප්‍රෙප්‍රෙග් සෑදිය හැක;

කාබන් ෆයිබර් දුම්මල, පිඟන් මැටි සහ අනෙකුත් ද්‍රව්‍ය සමඟ ඒකාබද්ධ වී කාබන් ෆයිබර් සංයෝග සාදයි.අවසාන වශයෙන්, පහළට යන යෙදුම් සඳහා අවසාන නිෂ්පාදන විවිධ වාත්තු ක්‍රියාවලීන් මගින් ලබා ගනී;

පූර්වගාමියාගේ ගුණාත්මක භාවය සහ කාර්ය සාධන මට්ටම සෘජුවම කාබන් තන්තු වල අවසාන කාර්ය සාධනය තීරණය කරයි.එබැවින්, කැරකෙන ද්‍රාවණයේ ගුණාත්මකභාවය වැඩිදියුණු කිරීම සහ පූර්වගාමී සෑදීමේ සාධක ප්‍රශස්ත කිරීම උසස් තත්ත්වයේ කාබන් තන්තු සකස් කිරීමේ ප්‍රධාන කරුණු බවට පත්වේ.

"Polyacrylonitrile පදනම් වූ කාබන් ෆයිබර් පූර්වගාමී නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලිය පිළිබඳ පර්යේෂණ" අනුව, කැරකීමේ ක්‍රියාවලියට ප්‍රධාන වශයෙන් කාණ්ඩ තුනක් ඇතුළත් වේ: තෙත් කරකැවීම, වියළි කරකැවීම සහ වියළි තෙත් කරකැවීම.වර්තමානයේ, තෙත් කරකැවීම සහ වියළි තෙත් කරකැවීම ප්‍රධාන වශයෙන් දේශීය හා විදේශීය පොලිඇක්‍රිලෝනයිට්‍රයිල් පූර්වගාමියා නිෂ්පාදනය කිරීමට භාවිතා කරන අතර, ඒ අතර තෙත් කරකැවීම වඩාත් බහුලව භාවිතා වේ.

තෙත් කරකැවීම ප්‍රථමයෙන් භ්‍රමණය වන ද්‍රාවණය භ්‍රමණය වන ද්‍රාවණය නිස්සාරණය කරයි, සහ කැරකෙන ද්‍රාවණය කුඩා ප්‍රවාහයක ස්වරූපයෙන් කැටි ගැසීමේ ස්නානයට ඇතුල් වේ.පොලිඇක්‍රිලෝනිට්‍රයිල් කැරකෙන ද්‍රාවණයේ කැරකෙන යාන්ත්‍රණය වන්නේ කැරකෙන ද්‍රාවණයේ සහ කැටි ගැසීමේ ස්නානවල ඩීඑම්එස්ඕ සාන්ද්‍රණය අතර විශාල පරතරයක් පවතින අතර කැටි ගැසීමේ ස්නානය සහ පොලිඇක්‍රිලෝනයිට්‍රයිල් ද්‍රාවණයේ ජල සාන්ද්‍රණය අතර විශාල පරතරයක් තිබීමයි.ඉහත සාන්ද්‍රණ වෙනස්කම් දෙකෙහි අන්තර්ක්‍රියා යටතේ, ද්‍රවය දිශා දෙකකින් විසරණය වීමට පටන් ගන්නා අතර අවසානයේ ස්කන්ධ හුවමාරුව, තාප හුවමාරුව, අදියර සමතුලිතතා චලනය සහ අනෙකුත් ක්‍රියාවලීන් හරහා සූතිකා බවට ඝනීභවනය වේ.

පූර්වගාමියා නිෂ්පාදනයේදී, DMSO හි අවශේෂ ප්‍රමාණය, තන්තු ප්‍රමාණය, මොනොෆිලමන්ට් ශක්තිය, මාපාංකය, දිගු වීම, තෙල් අන්තර්ගතය සහ උතුරන වතුර හැකිලීම පූර්වගාමියාගේ ගුණාත්මක භාවයට බලපාන ප්‍රධාන සාධක බවට පත්වේ.උදාහරණයක් ලෙස DMSO හි අවශේෂ ප්‍රමාණය ගත් විට, එය අවසාන කාබන් ෆයිබර් නිෂ්පාදනයේ පූර්වගාමියා, හරස්කඩ තත්ත්වය සහ CV අගයෙහි දෘශ්‍ය ගුණාංග කෙරෙහි බලපෑමක් ඇති කරයි.ඩීඑම්එස්ඕ හි අවශේෂ ප්‍රමාණය අඩු වන තරමට නිෂ්පාදනයේ ක්‍රියාකාරිත්වය වැඩි වේ.නිෂ්පාදනයේදී, DMSO ප්‍රධාන වශයෙන් ඉවත් කරනු ලබන්නේ සේදීමෙනි, එබැවින් සේදීමේ උෂ්ණත්වය, කාලය, ලුණු දැමූ ජලය ප්‍රමාණය සහ රෙදි සෝදන චක්‍රයේ ප්‍රමාණය පාලනය කරන්නේ කෙසේද යන්න වැදගත් සම්බන්ධකයක් බවට පත්වේ.

උසස් තත්ත්වයේ polyacrylonitrile පූර්වගාමියාට පහත ලක්ෂණ තිබිය යුතුය: අධික ඝනත්වය, ඉහළ ස්ඵටික බව, සුදුසු ශක්තිය, වෘත්තාකාර හරස්කඩ, අඩු භෞතික දෝෂ, සුමට මතුපිට සහ ඒකාකාර සහ ඝන සම හර ව්යුහය.

කාබනීකරණය සහ ඔක්සිකරණයෙහි උෂ්ණත්වය පාලනය කිරීම ප්රධාන වේ.කාබනීකරණය සහ ඔක්සිකරණය පූර්වගාමියා වෙතින් කාබන් ෆයිබර් අවසාන නිෂ්පාදන නිෂ්පාදනයේ අත්‍යවශ්‍ය පියවරකි.මෙම පියවරේදී, උෂ්ණත්වයේ නිරවද්‍යතාවය සහ පරාසය නිවැරදිව පාලනය කළ යුතුය, එසේ නොමැතිනම්, කාබන් ෆයිබර් නිෂ්පාදනවල ආතන්ය ශක්තිය සැලකිය යුතු ලෙස බලපානු ඇති අතර වයර් කැඩීමට පවා තුඩු දෙනු ඇත.

Preoxidation (200-300 ℃): Preoxidation ක්‍රියාවලියේදී, PAN පූර්වගාමියා ඔක්සිකාරක වායුගෝලයේ යම් ආතතියක් යෙදීමෙන් සෙමින් හා මෘදු ලෙස ඔක්සිකරණය වී, පෑන් සෘජු දාමයේ පදනම මත වළලු ව්‍යුහ විශාල සංඛ්‍යාවක් සාදයි. ඉහළ උෂ්ණත්ව ප්රතිකාර වලට ඔරොත්තු දීමේ අරමුණ සාක්ෂාත් කර ගැනීම.

කාබනීකරණය (උපරිම උෂ්ණත්වය සෙල්සියස් අංශක 1000 ට නොඅඩු): කාබන්කරණ ක්‍රියාවලිය නිෂ්ක්‍රීය වායුගෝලයේ සිදු කළ යුතුය.කාබනීකරණයේ මුල් අවධියේදී, පෑන් දාමය කැඩී ඇති අතර හරස් සම්බන්ධක ප්රතික්රියාව ආරම්භ වේ;උෂ්ණත්වය වැඩිවීමත් සමග, තාප විසංයෝජන ප්රතික්රියාව කුඩා අණු වායු විශාල සංඛ්යාවක් මුදා හැරීමට පටන් ගනී, මිනිරන් ව්යුහය සෑදීමට පටන් ගනී;උෂ්ණත්වය තවත් වැඩි වූ විට, කාබන් අන්තර්ගතය වේගයෙන් වැඩි වූ අතර කාබන් තන්තු සෑදීමට පටන් ගත්තේය.

ග්‍රැෆිටීකරණය (ප්‍රතිකාර උෂ්ණත්වය 2000 ℃ ට වැඩි): ග්‍රැෆිටීකරණය කාබන් ෆයිබර් නිෂ්පාදනය සඳහා අවශ්‍ය ක්‍රියාවලියක් නොව, විකල්ප ක්‍රියාවලියකි.කාබන් ෆයිබර්වල ඉහළ ප්රත්යාස්ථතා මාපාංකයක් අපේක්ෂා කරන්නේ නම්, ග්රැෆිටේෂන් අවශ්ය වේ;කාබන් ෆයිබර්වල ඉහළ ශක්තියක් අපේක්ෂා කරන්නේ නම්, ග්රැෆිටේෂන් අවශ්ය නොවේ.ග්‍රැෆිටේෂන් ක්‍රියාවලියේදී, ඉහළ උෂ්ණත්වය තන්තු සංවර්ධිත මිනිරන් දැල් ව්‍යුහයක් බවට පත් කරයි, අවසාන නිෂ්පාදනය ලබා ගැනීම සඳහා චිත්‍ර ඇඳීමෙන් ව්‍යුහය ඒකාබද්ධ කෙරේ.

ඉහළ තාක්‍ෂණික බාධක මඟින් පහළට ගලා යන නිෂ්පාදනවලට ඉහළ එකතු කළ අගයක් ලබා දෙන අතර ගුවන් සංයෝජනවල මිල අමු සේදවලට වඩා 200 ගුණයකින් වැඩි ය.කාබන් ෆයිබර් සැකසීමේ අධික දුෂ්කරතාවය සහ සංකීර්ණ ක්‍රියාවලිය හේතුවෙන්, නිෂ්පාදන පහළට යන තරමට, එකතු කළ අගය වැඩි වේ.විශේෂයෙන්ම අභ්‍යවකාශ ක්ෂේත්‍රයේ භාවිතා වන ඉහළ මට්ටමේ කාබන් ෆයිබර් සංයෝග සඳහා, පහළ ගංවතුර පාරිභෝගිකයින්ට එහි විශ්වසනීයත්වය සහ ස්ථාවරත්වය පිළිබඳ දැඩි අවශ්‍යතා ඇති බැවින්, නිෂ්පාදන මිල සාමාන්‍ය කාබන් තන්තු හා සසඳන විට ජ්‍යාමිතික බහු වර්ධනයක් පෙන්නුම් කරයි.