الغزل الجاف على البارد مقابل العملية الجافة مقابل العملية الرطبة

يُعرف الألياف الكربونية بلقب "ملك المواد الجديدة"، ويُستخدم على نطاق واسع في مجالات مثل الفضاء والطيران، وصناعة السيارات، والمعدات الرياضية، وغيرها. ولكن هل تعلم؟ حتى داخل عالم الألياف الكربونية، يمكن أن تختلف عمليات الت manufacturing بشكل كبير. اليوم، سنقوم بتحليل شامل للتقنيات الثلاث الأساسية لإنتاج الألياف الكربونية — وهي البثق الجاف، والبثق الجاف بالرش، والبثق الرطب — وسنتعرف إلى كيفية اختيار الشركات المحلية والدولية الكبرى لهذه التقنيات.

البثق الجاف-بالرش-الرطب (الخيار السائد لإنتاج ألياف كربونية عالية الأداء)

تعريف

تقنية البثق الجاف بالرش والرطب، كما يوحي الاسم، تجمع بين خصائص كل من عمليتي "البثق الجاف" و"البثق الرطب". وتُستخدم هذه التقنية بشكل أساسي لإنتاج السلائف (المواد الأولية) لألياف كربونية عالية الأداء مبنية على البولي أكريلونيتريل (PAN).

مخطط العملية
(1) تحضير محلول البثق: يُذاب البولي أكريلونيتريل (PAN) في مذيب محدد لتكوين محلول لزج مناسب للبثق.
(2) مرحلة الرش الجاف: يتم دفع محلول الغزل عبر لوحة المثقاب وتمر أولاً عبر طبقة هواء (عادة بضعة ملليمترات إلى سنتيمترات).
(3) مرحلة الغزل الرطب: ثم يدخل حزمة الألياف إلى حمام تخثر، حيث تتصلب بسرعة وتتشكل.
(4) المعالجة اللاحقة: من خلال خطوات مثل الغسل، والشد، ودهن الزيت، والتجفيف، يتم في النهاية تشكيل مقدمة الألياف الكربونية.

المزايا الفنية
(1) هيكل ليفي أكثر انتظاماً: التوتر داخل طبقة الهواء يحسن توجيه السلسلة الجزيئية
(2) سطح أكثر نعومة: يقلل العيوب السطحية، مما يعزز الخصائص الميكانيكية للألياف الكربونية النهائية
(3) كفاءة إنتاج أعلى: تصل سرعة الغزل إلى 2-3 أضعاف غزل الطريقة الرطبة
(4) مناسبة لإنتاج ألياف عالية الأداء: مثل T700، T800، والألياف الكربونية ذات الدرجة الأعلى

الغزل الرطب (الطريقة التقليدية الناضجة)

تعريف

الغزل الرطب هي أول طريقة للإنتاج الصناعي لمقدمات الألياف الكربونية. وعلى الرغم من نضجها التقني، إلا أنها تمتلك بعض القيود.
يُذاب بوليمر في مذيب مناسب لتكوين محلول مركز (حوض الغزل). ثم يتم بثق هذا المحلول عبر ميكرو-ثقوب في قوالب البثق، ويُحق مباشرة في حوض تجفيف يحتوي على مذيب غير قابل للذوبان. داخل الحوض، يحدث انتشار ثنائي الاتجاه بين المذيب في تيار الغزل والمذيب غير القابل للذوبان في الحوض. مما يؤدي إلى تترسب البوليمر وتتصلب، مشكلاً ألياف أولية.

مخطط العملية
(1) تحضير محلول الغزل: إذابة PAN في مذيب (مثل DMF، DMSO)
(2) التتصلب المباشر: بثق محلول الغزل من قوالب البثق مباشرة إلى حوض التتصلب
(3) التتصلب بالفصل الطوري: تحقيق التتصلب من خلال عملية الانتشار ثنائي الاتجاه
(4) المعالجة اللاحقة: الغسيل، السحب، التجفيف، إلخ.

الميزات الفنية
(1) أشكال مقطعية محدودة: بشكل رئيسي دائرية أو بيضاوية
(2) سرعة الغزل نسبياً منخفضة: عادةً بين 50–150 م/د
(3) عرضة للعيوب السطحية: معرّضة للمسام والأخدود السطحية
(4) معدات نسبيًا بسيطة: مناسبة لإنتاج ألياف الكربون متوسطة إلى منخفضة الأداء

الغزل الجاف (اختيار ألياف كربون خاصة)

تعريف

يُعد الغزل الجاف طريقة مهمة أخرى لتحضير السلائف لألياف الكربون، ويُستخدم بشكل خاص في إنتاج بعض أنواع الألياف الكربونية المتخصصة.
يتمثل الغزل الجاف في بثق محلول بوليمر من خلال قوالب الغزل، حيث يتبخر المذيب مباشرة في الهواء الساخن ليشكّل ألياف (مثل إنتاج spandex). ومع ذلك، في قطاع صناعة الألياف الكربونية، غالبًا ما يُستخدم خطأً كاختصار لعبارة "الغزل الجاف والرصف الرطب" (DSWL).

مخطط العملية
(1) تحضير المحلول: إذابة البوليمر في مذيب متطيّر
(2) بثق والمتبخرة المذيب: يُبثق المحلول من خلال لوحة قوالب الغزل مباشرة إلى نفق غزل مملوء بالهواء الساخن
(3) استرجاع المذيب: يُسترجع المذيب المتبخر لإعادة الاستخدام
(4) جمع الألياف: تُلف الألياف الصلبة بالكامل وتُجمع

الميزات الفنية
(1) أشكال مقطعية متنوعة للألياف: قادرة على إنتاج ألياف ذات مقاطع غير منتظمة
(2) نظام معقد لاسترجاع المذيبات: يتطلب معدات متقدمة لاسترجاع المذيبات
(3) مناسبة لبوليمرات محددة: مثل بولي أكريلونيتريل (PAN) المعدل أو بوليمرات سابقة لألياف الكربون الأخرى

جدول مقارنة شامل للتكنولوجيات الثلاث الرئيسية

مقارنة خارطة طرق التكنولوجيا للشركات الكبرى

اتجاهات التطوير المستقبلية

(1) تحسين تقنية الغزل الرطب بالرش الجاف: التقدم نحو سرعات غزل أعلى وجودة أكثر استقرارًا لخفض تكلفة ألياف الكربون عالية الأداء بشكل أكبر.
(2) ترقية الغزل الرطب: تعزيز أداء الألياف المنتجة بالغزل الرطب من خلال تحسينات في العملية لتوسيع التطبيق الحقول
(3) ابتكار دمج العمليات: تطوير تقنيات غزل مركبة جديدة من خلال الجمع بين مزايا عمليات مختلفة.
(4) التصنيع الأخضر: إنشاء أنظمة مذيبات صديقة للبيئة لتقليل الأثر البيئي أثناء الإنتاج.

الطبيعة الخفيفة ولكن القوية لألياف الكربون ناتجة عن عمليات تصنيع مُصقَلة بعناية. من نضج تقنية الغزل الرطب التقليدية إلى التطبيقات المتخصصة للغزل الجاف، ومن ثم التطورات عالية الأداء في تقنية الغزل الجاف-الرطب، تمثل كل تقنية منها تجسيدًا لبراعة علماء المواد.

إن فهم هذه التفاوتات التكنولوجية لا يفسر فقط الت اختلافات الواسعة في أسعار الألياف الكربونية، بل يوضح أيضًا الرحلة الشاقة والإنجازات الاستثنائية لصناعة الألياف الكربونية في الصين، وهي تنتقل من مرحلة محاولة اللحاق بالركب إلى مرحلة مواكبة التطور. في المسيرة نحو أن تصبح دولة رائدة في مجال المواد، تستحق كل قفزة تكنولوجية منا الاهتمام والتصفيق.