Formado en húmedo por hilatura en seco vs Proceso en seco vs Proceso en húmedo

Se considera que la fibra de carbono es la "Reina de los Nuevos Materiales", encontrando amplias aplicaciones en campos como la aeroespacial, la fabricación automotriz y el equipo deportivo. Pero ¿lo sabías? Incluso dentro de la fibra de carbono, los procesos de fabricación pueden variar considerablemente. Hoy analizaremos exhaustivamente las tres tecnologías clave para producir fibra de carbono: hilado en seco por chorro, hilado en seco y hilado húmedo, y examinaremos cómo las principales empresas nacionales e internacionales seleccionan estas tecnologías.

Hilado en seco por chorro-húmedo (La opción principal para fibra de carbono de alto rendimiento)

Definición

El hilado en seco por chorro-húmedo, como su nombre indica, combina las características de los procesos de "hilado en seco" y "hilado húmedo". Esta técnica se utiliza principalmente para producir precursores de fibra de carbono basados en PAN de alto rendimiento.

Flujo del proceso
(1) Preparación de la solución de hilado: El poliacrilonitrilo (PAN) se disuelve en un solvente específico para formar una solución viscosa de hilado.
(2) Etapa de Secado por Aspersión: La solución de hilado se extruye a través de una placa spinnerete y primero pasa por una capa de aire (típicamente varios milímetros hasta centímetros).
(3) Etapa de Hilado Húmedo: El haz de fibras entra luego en un baño de coagulación, donde se solidifica rápidamente y se forma.
(4) Postprocesamiento: Mediante pasos como lavado, estiramiento, engrase y secado, se forma finalmente el precursor de fibra de carbono.

Ventajas técnicas
(1) Estructura de fibra más uniforme: La tensión dentro de la capa de aire mejora la orientación de las cadenas moleculares
(2) Superficie más lisa: Reduce los defectos superficiales, mejorando las propiedades mecánicas de la fibra de carbono final
(3) Mayor eficiencia de producción: La velocidad de hilado alcanza de 2 a 3 veces la del hilado húmedo
(4) Adecuado para producir fibras de alto rendimiento: Como T700, T800 y fibras de carbono de grado superior

Hilado Húmedo (Tradicional y Maduro)

Definición

El hilado húmedo es el primer método utilizado para la producción industrial de precursores de fibra de carbono. Aunque técnicamente maduro, tiene ciertas limitaciones.
Un polímero se disuelve en un disolvente adecuado para formar una solución concentrada (baño de hilado). Esta solución se extruye luego a través de los microporos de una hilera y se inyecta directamente en un baño de solidificación que contiene un no disolvente. Dentro del baño, ocurre una difusión bidireccional entre el disolvente en la corriente de hilado y el no disolvente en el baño. Esto provoca que el polímero precipite y se solidifique, formando fibras primarias.

Flujo del proceso
(1) Preparación de la solución de hilado: PAN disuelto en disolvente (por ejemplo, DMF, DMSO)
(2) Solidificación directa: La solución de hilado se extruye desde la hilera directamente hacia el baño de solidificación
(3) Solidificación por separación de fases: La solidificación se logra mediante un proceso de difusión bidireccional
(4) Tratamiento posterior: Lavado, estirado, secado, etc.

Características técnicas
(1) Formas limitadas de sección transversal: Principalmente circulares u ovaladas
(2) Velocidad de hilado relativamente baja: Típicamente entre 50 y 150 m/min
(3) Propenso a defectos superficiales: Susceptible a poros y surcos en la superficie
(4) Equipo relativamente sencillo: adecuado para producir fibras de carbono de rendimiento medio a bajo

Filamento en seco (selección especial de fibra de carbono)

Definición

El filamento en seco es otro método importante para preparar precursores de fibra de carbono, utilizado especialmente en la producción de ciertas fibras de carbono especiales.
El filamento en seco implica la extrusión de una solución polimérica a través de hileras, donde el disolvente evapora directamente en aire caliente para formar fibras (por ejemplo, en la producción de spandex). Sin embargo, dentro de la industria de fibra de carbono, a menudo se utiliza erróneamente como abreviatura de "humectado por húmedo con filamento en seco" (DSWL).

Flujo del proceso
(1) Preparación de la solución: Disolver el polímero en un disolvente volátil
(2) Extrusión y evaporación del disolvente: La solución se extruye a través de una placa de hilado directamente hacia un túnel de hilado lleno de aire caliente
(3) Recuperación del disolvente: El disolvente evaporado se recupera para su reutilización
(4) Recolección de la fibra: Las fibras completamente solidificadas se enrollan y recolectan

Características técnicas
formas transversales diversas de las fibras: Capaz de producir fibras con secciones transversales irregulares
sistema complejo de recuperación de disolventes: Requiere equipos sofisticados de recuperación de disolventes
adecuado para polímeros específicos: Como ciertos PAN modificados u otros polímeros precursores de fibra de carbono

Tabla comparativa completa de las tres principales tecnologías

Comparación de las principales hojas de ruta tecnológicas empresariales

Tendencias de Desarrollo Futuro

(1) Optimización de la tecnología de hilatura por pulverización en seco y humectación: Avanzando hacia velocidades de hilatura más altas y una calidad más estable para reducir aún más el costo de las fibras de carbono de alto rendimiento.
(2) Mejora de la hilatura húmeda: Potenciación del rendimiento de las fibras hiladas en húmedo mediante mejoras de proceso para expandir aplicación campos.
(3) Innovación en la integración de procesos: Desarrollo de nuevas técnicas de hilatura compuesta combinando las ventajas de diferentes procesos.
(4) Fabricación ecológica: Creación de sistemas de disolventes respetuosos con el medio ambiente para reducir el impacto ambiental durante la producción.

La naturaleza ligera pero resistente de la fibra de carbono proviene de procesos de fabricación meticulosamente refinados. Desde la madurez tradicional de la hilatura húmeda hasta las aplicaciones especializadas de la hilatura en seco, y los avances de alto rendimiento de la hilatura seco-húmeda, cada técnica representa la cristalización del ingenio de los científicos de materiales.

Comprender estas distinciones tecnológicas no solo explica las amplias variaciones de precio entre las fibras de carbono, sino que también ilumina el arduo recorrido y los notables logros de la industria china de fibra de carbono al pasar de intentar ponerse al día a mantener el ritmo. En el camino para convertirse en un líder en materiales, cada avance tecnológico merece nuestra atención y aplauso.