Szárazon szőtt, nedvesen formázott vs. száraz eljárás vs. nedves eljárás

Az üvegszálat az „új anyagok királyának” nevezik, és kiterjedt alkalmazási területei vannak az űrában, a gépjárműgyártásban, sportfelszerelésekben és más területeken. De tudta ezt? Még az üvegszálak gyártási folyamatai is jelentősen eltérhetnek egymástól. Ma áttekintjük a három kulcstechnológiát, amelyekkel üvegszálakat állítanak elő – a száraz sugárcsóvas, a száraz- és a nedves csóvas eljárásokat –, valamint azt, hogy a hazai és nemzetközi nagyvállalatok hogyan választják ki ezeket a technológiákat.

Száraz sugárcsóvas (A magas teljesítményű üvegszálak gyártásának fő irányvonala)

A meghatározás

A száraz sugárcsóvas, ahogyan a neve is mutatja, ötvözi a „száraz csóvas” és a „nedves csóvas” eljárások jellemzőit. Ezt a technikát elsősorban magas teljesítményű PAN-alapú üvegszál előanyagok előállítására használják.

Folyamatmenet
(1) Szálképző oldat előkészítése: A poliakrilnitrilt (PAN) egy speciális oldószerben oldják fel, hogy viszkózus szálképző oldatot kapjanak.
(2) Szárazporlasztásos szakasz: A szálképző oldatot egy szálképző lemezen (spinneret) keresztül préselik ki, amely először egy légrétegen halad át (általában néhány millimétertől centiméterekig).
(3) Nedves szálképzési szakasz: A szálköteg ezután egy koagulációs fürdőbe lép, ahol gyorsan megszilárdul és kialakul.
(4) Utófeldolgozás: Az öblítés, nyújtás, kenés és szárítás lépésein keresztül végül kialakul a szénrosts prekurzor.

Technikai előnyök
(1) Egyenletesebb szálstruktúra: A légrétegben ható feszültség javítja a molekulaláncok orientációját
(2) Simább felület: Csökkenti a felületi hibákat, így növeli a végső szénrosts mechanikai tulajdonságait
(3) Magasabb termelési hatékonyság: A szálképzés sebessége eléri a nedves szálképzés 2–3-szorosát
(4) Kiváló minőségű szálak előállítására alkalmas: Például T700, T800 és még magasabb osztályú szénrostok

Nedves szálképzés (hagyományos, érett technológia)

A meghatározás

A nedves szálképzés volt az első ipari módszer a szénrosts prekurzorok előállítására. Bár technikailag érett eljárás, bizonyos korlátozásokkal rendelkezik.
Egy polimert oldószerben oldva koncentrált oldatot (szálképző fürdőt) állítanak elő. Ezt az oldatot ezután mikropórusokon keresztül extrudálják egy szálképző fejből, és közvetlenül egy nem-oldószer tartalmú szilárdító fürdőbe juttatják. A fürdőben kölcsönös diffúzió zajlik a szálképző áramban lévő oldószer és a fürdő nem-oldószere között. Ez okozza a polimer kicsapódását és megszilárdulását, ezzel elsődleges szálak képződnek.

Folyamatmenet
(1) Szálképző oldat előkészítése: PAN oldva oldószerben (pl. DMF, DMSO)
(2) Közvetlen szilárdítás: A szálképző oldatot a szálképző fejből közvetlenül a szilárdító fürdőbe extrudálják
(3) Fázisszétválásos szilárdítás: A szilárdítás kölcsönös diffúziós folyamattal történik
(4) Utókezelés: Öblítés, nyújtás, szárítás stb.

Technikai adatok
(1) Korlátozott keresztmetszeti formák: Főként kör vagy ovális
(2) Viszonylag alacsony szálképzési sebesség: Általában 50–150 m/perc
(3) Hajlamos a felületi hibákra: Érzékeny a felületi pórusokra és barázdákra
(4) Viszonylag egyszerű felszerelés: Közepes vagy alacsonyabb teljesítményű színszálatok előállítására alkalmas

Száraz szpunning (különleges színszál kiválasztás)

A meghatározás

A száraz szpunning egy másik fontos módszer a színszál előfutóanyag előállításához, különösen bizonyos speciális színszálak gyártása során.
A száraz szpunning során polimer oldatot extrudálnak szpunningfejeken keresztül, ahol a oldószer közvetlenül forró levegőben elpárolog, így keletkeznek a szálok (pl. spandex gyártása). Azonban a színszál iparban gyakran helytelenül használják a „száraz szpunning, nedves lerakás” (DSWL) rövidítésre.

Folyamatmenet
(1) Oldat előkészítése: Polimer oldása illékony oldószerben
(2) Extrudálás és oldószerelpárolog: Az oldatot közvetlenül forró levegőt tartalmazó szpunning alagútba extrudálják a szpunningfejen keresztül
(3) Oldószer visszanyerés: Az elpárolgott oldószer visszanyerésre kerül újrahasznosítás céljából
(4) Szálgyűjtés: Teljesen szolidifikált szálatokat feltekercselnek és gyűjtenek

Technikai adatok
diverzitásos számsz cross-section alakok: Olyan számszok előállítására képes, amelyek keresztmetszete szabálytalan
összetett oldószervisszavételi rendszer: Kifinomult oldószervisszavételi berendezéseket igényel
adott polimerekhez való alkalmazkodás: Például bizonyos módosított PAN vagy más színszű polimer előanyagok

Három fő technológia összehasonlító táblázata

Főbb vállalati technológiai útiterv összehasonlítása

Jövőbeli fejlesztési irányok

(1) Száraz permetezéses nedves szpunzás technológia optimalizálása: Magasabb szpunzási sebességek és stabilabb minőség elérése érdekében tovább csökkentve a nagyteljesítményű színszálak költségét.
(2) Nedves szpunzás fejlesztése: A folyamat javításán keresztül növelni a nedvesen szpunzolt szálok teljesítményét, hogy kiterjessze alkalmazás mezők.
(3) Folyamatintegrációs innováció: Új kompozit szpunzási technikák kifejlesztése különböző eljárások erősségeinek kombinálásával.
(4) Zöld gyártás: Környezetbarát oldószerek rendszerének kialakítása a gyártás során keletkezett környezeti terhelés csökkentésére.

A szénszálak könnyűsége és mégis ellenálló képessége a gondosan finomított gyártási folyamatokból ered. A hagyományos, érett nedves pörköléstől kezdve a speciális alkalmazású száraz pörkölésen át a nagy teljesítményű száraz-nedves pörkölésig – mindegyik technika a anyagtudósok találékonyságának kristályosodását jelenti.

E technológiai különbségek megértése nemcsak a szénszálak közötti széles árkülönbséget magyarázza meg, hanem világossá teszi Kína szénszáli iparának megközelítésből való felzárkózás és az ütemben maradás irányába vezető nehéz utat és figyelemre méltó eredményeit is. Az anyagipari nagyhatalommá válás útján minden technológiai áttörés figyelmet és elismerést érdemel.