Drooggesponnen Natgevormd versus Droogproces versus Natproces

Koolstofvezel wordt geprezen als de "Koning der Nieuwe Materialen" en vindt uitgebreide toepassingen in de lucht- en ruimtevaart, automobielproductie, sportapparatuur en andere sectoren. Maar wist u dit? Zelfs binnen koolstofvezel kunnen de productieprocessen sterk variëren. Vandaag geven we een uitgebreide analyse van de drie belangrijkste technologieën voor de productie van koolstofvezel — droog-jet-spinnen, droogspinnen en nat spinnen — en onderzoeken hoe grote binnenlandse en internationale bedrijven deze technologieën selecteren.

Droog-jet-nat-spinnen (De gangbare keuze voor hoogwaardige koolstofvezel)

Definitie

Droog-sproeien met nat-spinnen, zoals de naam al doet vermoeden, combineert de kenmerken van zowel het "droogspinnen"- als het "nat spinnen"-proces. Deze techniek wordt voornamelijk gebruikt voor de productie van hoogwaardige PAN-gebaseerde koolstofvezelvoorgangers.

Processtroom
(1) Preparatie van de spinsolvent: Polyacrylonitril (PAN) wordt opgelost in een specifieke oplosmiddel om een viskeuze spinsolvent te vormen.
(2) Droog-sproeifase: De spinningsoplossing wordt door een spinneretplaat geperst en passeert eerst een luchtlag (meestal enkele millimeters tot centimeters).
(3) Nat-spinfase: Het vezelbundel treedt vervolgens een stollingsbad binnen, waar het snel verhardt en vormt.
(4) Nabewerking: Via stappen zoals wassen, rekken, insmeren en drogen wordt uiteindelijk de precursor voor koolstofvezel gevormd.

Technische voordelen
(1) Meer uniforme vezelstructuur: Spanning binnen de luchtlag verbetert de oriëntatie van de molecuulketens
(2) Gladde oppervlak: Vermindert oppervlaktefouten, waardoor de mechanische eigenschappen van de eindkoolstofvezel worden verbeterd
(3) Hogere productie-efficiëntie: De spinsnelheid bereikt 2-3 keer die van nat spinnen
(4) Geschikt voor de productie van hoogwaardige vezels: Zoals T700, T800 en hogere graden koolstofvezels

Nat spinnen (traditioneel, gerijpt)

Definitie

Nat spinnen is de oudste methode voor industriële productie van koolstofvezelprecursoren. Hoewel technisch gerijpt, heeft het bepaalde beperkingen.
Een polymeer wordt opgelost in een geschikte oplosvloeistof om een geconcentreerde oplossing (spinnbad) te vormen. Deze oplossing wordt vervolgens door de micro-poriën van een spinneret geperst en direct geïnjecteerd in een verhardingsbad dat een niet-oplosmiddel bevat. In het bad vindt tweerichtingsdiffusie plaats tussen het oplosmiddel in de spinstraal en het niet-oplosmiddel in het bad. Dit veroorzaakt het neerslaan en verharden van het polymeer, waardoor primaire vezels worden gevormd.

Processtroom
(1) Voorbereiding van spinoplossing: PAN opgelost in oplosvloeistof (bijv. DMF, DMSO)
(2) Directe verharding: Spinoplossing wordt vanuit de spinneret direct in het verhardingsbad geperst
(3) Verharding via fase scheiding: Verharding wordt bereikt door een tweerichtingsdiffusieproces
(4) Nabehandeling: Wassen, rekken, drogen, enz.

Technische kenmerken
(1) Beperkte dwarsdoorsnede vormen: Voornamelijk rond of ovaal
(2) Relatief lage spinsnelheid: Meestal 50–150 m/min
(3) Gevoelig voor oppervlaktefouten: Kwetsbaar voor oppervlakteporiën en groeven
(4) Relatief eenvoudige apparatuur: Geschikt voor de productie van middelmatige tot lage prestatie koolstofvezels

Droog Spinnen (Speciale Koolstofvezel Selectie)

Definitie

Droog spinnen is een andere belangrijke methode voor het bereiden van koolstofvezel precurors, met name gebruikt bij de productie van bepaalde speciale koolstofvezels.
Droog spinnen houdt in dat een polymeeroplossing via spinnerets wordt geëxtrudeerd, waarbij het oplosmiddel direct in heet lucht verdampt om vezels te vormen (bijvoorbeeld bij de productie van spandex). Echter, binnen de koolstofvezelindustrie wordt het vaak ten onrechte gebruikt als afkorting voor "droog-ge-spun wet-laid" (DSWL).

Processtroom
(1) Oplossing voorbereiding: Los polymeer op in vluchtig oplosmiddel
(2) Extrusie en oplosmiddelverdamping: Oplossing wordt via een spinneretplaat geëxtrudeerd rechtstreeks in een met heet lucht gevulde spintunnel
(3) Oplosmiddelterugwinning: Verdampt oplosmiddel wordt teruggewonnen voor hergebruik
(4) Vezelopname: Volledig gestolde vezels worden opgerold en verzameld

Technische kenmerken
diverse vezel dwarsdoorsnede vormen: In staat om vezels te produceren met onregelmatige dwarsdoorsnede vormen
complex solvent recuperatiesysteem: Vereist geavanceerde solvent recuperatieapparatuur
geschikt voor specifieke polymeren: Zoals bepaalde gemodificeerde PAN of andere koolstofvezel voorloper polymeren

Uitgebreid vergelijkingstabel van drie belangrijke technologieën

Vergelijking van belangrijke technologieroutes van grote bedrijven

Toekomstige ontwikkelingsrichtingen

(1) Optimalisatie van droog-sproeien met nat-spin-technologie: Vooruitgang naar hogere spinsnelheden en stabielere kwaliteit om de kosten van hoogwaardige koolstofvezels verder te verlagen.
(2) Modernisering van nat-spinning: Verbetering van de prestaties van nat-gesponnen vezels via procesverbeteringen om het toepassingsbereik uit te breiden toepassing de velden.
(3) Innovatie in procesintegratie: Ontwikkelen van nieuwe composiet-spintechnieken door combinatie van de sterke punten van verschillende processen.
(4) Groene productie: Ontwikkelen van milieuvriendelijke oplosmiddelsystemen om de milieu-impact tijdens de productie te verminderen.

De lichte maar veerkrachtige aard van koolstofvezel is afkomstig van zorgvuldig verfijnde productieprocessen. Van de traditionele rijpheid van nat-spinning tot de gespecialiseerde toepassingen van droog-spinning, en de hoogpresterende doorbraken van droog-nat-spinning — elke techniek vertegenwoordigt de kristallisatie van vernuft van materiaalwetenschappers.

Het begrijpen van deze technologische verschillen verklaart niet alleen de grote prijsverschillen tussen koolstofvezels, maar belicht ook de zware weg en de opmerkelijke prestaties van de Chinese koolstofvezelindustrie terwijl deze overgaat van inhalen naar gelijke tred houden. Op de weg naar het worden van een materiaalmacht verdient elke technologische doorbraak onze aandacht en lof.