Fibre de carbone filée à sec et formée à l'humide vs procédé à sec vs procédé à l'humide

La fibre de carbone est saluée comme le "roi des nouveaux matériaux", trouvant des applications étendues dans l'aérospatiale, la fabrication automobile, l'équipement sportif et d'autres domaines. Mais le saviez-vous ? Même au sein de la fibre de carbone, les procédés de fabrication peuvent varier considérablement. Aujourd'hui, nous allons analyser de manière exhaustive les trois technologies clés de production de la fibre de carbone — le filage à sec, le filage humide et le filage par jet sec — et examiner comment les principales entreprises nationales et internationales choisissent ces technologies.

Filage sec-jet-humide (le choix dominant pour la fibre de carbone haute performance)

Définition

Le filage par pulvérisation sèche-humide, comme son nom l'indique, combine les caractéristiques des procédés "de filage à sec" et "de filage humide". Cette technique est principalement utilisée pour produire des précurseurs en fibre de carbone haute performance à base de PAN.

Flux du processus
(1) Préparation de la solution de filage : Le polyacrylonitrile (PAN) est dissous dans un solvant spécifique pour former une solution visqueuse destinée au filage.
(2) Étape de filage à sec : La solution de filage est extrudée à travers une plaque filière et traverse d'abord une couche d'air (généralement de quelques millimètres à plusieurs centimètres).
(3) Étape de filage humide : Le faisceau de fibres pénètre ensuite dans un bain de coagulation, où il se solidifie rapidement et prend forme.
(4) Post-traitement : Grâce à des étapes telles que le lavage, l'étirage, l'huilage et le séchage, le précurseur de fibre de carbone est finalement obtenu.

Avantages techniques
(1) Structure de fibre plus uniforme : La tension dans la couche d'air améliore l'orientation des chaînes moléculaires
(2) Surface plus lisse : Réduit les défauts de surface, améliorant ainsi les propriétés mécaniques de la fibre de carbone finale
(3) Efficacité de production plus élevée : La vitesse de filage atteint 2 à 3 fois celle du filage humide
(4) Adapté à la production de fibres hautes performances : Telles que les fibres de carbone T700, T800 et de grades supérieurs

Filage humide (traditionnel et mature)

Définition

Le filage humide est la première méthode utilisée pour la production industrielle de précurseurs de fibres de carbone. Bien qu'elle soit techniquement mature, elle présente certaines limitations.
Un polymère est dissous dans un solvant approprié pour former une solution concentrée (bain de filage). Cette solution est ensuite extrudée à travers les micro-pores d'un filière et directement injectée dans un bain de solidification contenant un non-solvant. Dans le bain, une diffusion bidirectionnelle se produit entre le solvant du courant de filage et le non-solvant du bain. Cela provoque la précipitation et la solidification du polymère, formant ainsi des fibres primaires.

Flux du processus
(1) Préparation de la solution de filage : PAN dissous dans un solvant (par exemple, DMF, DMSO)
(2) Solidification directe : La solution de filage est extrudée de la filière directement dans le bain de solidification
(3) Solidification par séparation de phase : La solidification est obtenue par un processus de diffusion bidirectionnelle
(4) Traitement postérieur : Lavage, étirage, séchage, etc.

Caractéristiques techniques
(1) Formes de section transversale limitées : Principalement circulaires ou ovales
(2) Vitesse de filage relativement faible : Généralement entre 50 et 150 m/min
(3) Sensibilité aux défauts de surface : Prone aux pores et rainures en surface
(4) Équipement relativement simple : adapté à la production de fibres de carbone de performance moyenne à faible

Filature à sec (sélection spéciale de fibres de carbone)

Définition

La filature à sec est une autre méthode importante pour la préparation des précurseurs de fibre de carbone, particulièrement utilisée dans la production de certaines fibres de carbone spéciales.
La filature à sec consiste à extruder une solution polymère à travers des filières, où le solvant s'évapore directement dans l'air chaud pour former des fibres (par exemple, production de spandex). Toutefois, dans l'industrie des fibres de carbone, elle est souvent utilisée par erreur comme abréviation de « filature à sec avec mise en place humide » (DSWL).

Flux du processus
(1) Préparation de la solution : dissolution du polymère dans un solvant volatil
(2) Extrusion et évaporation du solvant : la solution est extrudée à travers une plaque-filière directement dans un tunnel de filage rempli d'air chaud
(3) Récupération du solvant : le solvant évaporé est récupéré pour être réutilisé
(4) Collecte des fibres : les fibres entièrement solidifiées sont enroulées et collectées

Caractéristiques techniques
(1) Formes variées de la section transversale des fibres : Capable de produire des fibres à sections transversales irrégulières
(2) Système complexe de récupération du solvant : Nécessite un équipement sophistiqué de récupération du solvant
(3) Adapté à des polymères spécifiques : Tels que certains PAN modifiés ou autres polymères précurseurs de fibres de carbone

Tableau comparatif complet des trois principales technologies

Comparaison des principales feuilles de route technologiques d'entreprises

Tendances de développement à venir

(1) Optimisation de la technologie de filage à sec par pulvérisation : progression vers des vitesses de filage plus élevées et une qualité plus stable afin de réduire davantage le coût des fibres de carbone hautes performances.
(2) Amélioration du filage humide : renforcer les performances des fibres filées à humide grâce à des améliorations de procédé afin d'élargir application champs.
(3) Innovation de l'intégration des procédés : développer de nouvelles techniques de filage composite en combinant les avantages de différents procédés.
(4) Fabrication verte : créer des systèmes de solvants écologiques afin de réduire l'impact environnemental pendant la production.

La nature légère mais résiliente de la fibre de carbone découle de processus de fabrication méticuleusement affinés. Depuis la maturité traditionnelle du filage humide jusqu'aux applications spécialisées du filage à sec, en passant par les percées hautes performances du filage sec-humide — chaque technique représente la cristallisation du génie des scientifiques des matériaux.

Comprendre ces distinctions technologiques explique non seulement les grandes variations de prix parmi les fibres de carbone, mais met également en lumière le parcours ardu et les réalisations remarquables de l'industrie chinoise de la fibre de carbone, passant d'une logique de rattrapage à celle de la compétitivité. Sur la voie de la transformation en une puissance des matériaux, chaque percée technologique mérite notre attention et nos applaudissements.