Formowanie mokre w procesie suchym a proces suchy a proces mokry

Włókno węglowe jest uważane za "króla nowych materiałów", znajdując szerokie zastosowanie w lotnictwie, przemyśle motoryzacyjnym, sprzęcie sportowym i innych dziedzinach. Ale czy wiesz? Nawet w obrębie włókna węglowego procesy wytwarzania mogą się diametralnie różnić. Dziś szczegółowo przeanalizujemy trzy kluczowe technologie produkcji włókna węglowego — formowanie suchą metodą strzałkową, formowanie suchą metodą oraz formowanie mokrą metodą — i przyjrzymy się, jak duże krajowe i międzynarodowe firmy wybierają te technologie.

Formowanie suchą metodą strzałkową mokrą metodą (główna opcja dla wysokowydajnego włókna węglowego)

Definicja

Formowanie suchą metodą strzałkową mokrą metodą, jak sama nazwa wskazuje, łączy cechy zarówno procesu "suchego formowania", jak i "mokrego formowania". Ta technika jest stosowana głównie do wytwarzania prekursorów wysokowydajnego włókna węglowego opartego na PAN.

Przebieg procesu
(1) Przygotowanie roztworu wiązalnika: Poliakrylonitryl (PAN) rozpuszcza się w określonym rozpuszczalniku, tworząc lepką masę wiązalnika.
(2) Etap suchego sprayowania: Roztwór wirowania jest wytłaczany przez płytkę sitową i najpierw przechodzi przez warstwę powietrza (zazwyczaj kilka milimetrów do centymetrów).
(3) Etap mokrego wirowania: Wiązka włókien następnie wchodzi do łaźni koagulacyjnej, gdzie szybko się utwardza i formuje.
(4) Przetwarzanie końcowe: Poprzez etapy takie jak płukanie, rozciąganie, smarowanie i suszenie, ostatecznie powstaje prekursor włókna węglowego.

Zalety techniczne
(1) Bardziej jednorodna struktura włókien: Naprężenie w warstwie powietrza poprawia orientację łańcuchów cząsteczkowych
(2) Gładka powierzchnia: Zmniejsza wady powierzchniowe, poprawiając właściwości mechaniczne końcowego włókna węglowego
(3) Wyższa wydajność produkcji: Prędkość wirowania osiąga 2–3 razy więcej niż przy mokrym wirowaniu
(4) Nadaje się do produkcji włókien wysokiej wydajności: Takich jak T700, T800 oraz włókien wyższego rzędu

Mokre wirowanie (tradycyjne, dojrzałe)

Definicja

Mokre wirowanie to najwcześniejsza metoda przemysłowej produkcji prekursorów włókien węglowych. Choć technologicznie dojrzała, ma pewne ograniczenia.
Polimer jest rozpuszczany w odpowiednim rozpuszczalniku, tworząc stężony roztwór (ł bath spinningowy). Następnie roztwór ten jest wytłaczany przez mikropory sitka i bezpośrednio wprowadzany do łaźni utrwalającej zawierającej nierysolwent. Wewnątrz łaźni zachodzi dyfuzja dwukierunkowa między rozpuszczalnikiem w strumieniu włóknia a nierysolwentem w łaźni. Powoduje to wytrącanie się i wiązanie polimeru, w wyniku czego powstają włókna pierwotne.

Przebieg procesu
(1) Przygotowanie roztworu wiązalniczego: PAN rozpuszczony w rozpuszczalniku (np. DMF, DMSO)
(2) Bezpośrednie utrwalenie: Roztwór wiązalniczy wytłaczany ze sitka bezpośrednio do łaźni utrwalającej
(3) Utrwalenie poprzez rozdział faz: Utrwalenie osiągane za pomocą procesu dyfuzji dwukierunkowej
(4) Utrwalenie wtórne: Płukanie, rozciąganie, suszenie itp.

Charakterystyka techniczna
(1) Ograniczone kształty przekroju poprzecznego: Głównie okrągłe lub owalne
(2) Relatywnie niska prędkość wiązania: Zazwyczaj 50–150 m/min
(3) Skłonność do wad powierzchniowych: Podatność na porowatość i bruzdy na powierzchni
(4) Stosunkowo proste wyposażenie: Nadaje się do produkcji średniej i niskiej wydajności włókien węglowych

Przędzenie na sucho (Specjalny wybór włókna węglowego)

Definicja

Przędzenie na sucho jest kolejną istotną metodą przygotowywania prekursorów włókien węglowych, szczególnie stosowaną przy produkcji niektórych specjalnych typów włókien węglowych.
Przędzenie na sucho polega na wytłaczaniu roztworu polimeru przez sitki, w których roztwór odparowuje bezpośrednio w gorącym powietrzu, tworząc włókna (np. produkcja spandeksu). Jednak w przemyśle włókien węglowych jest często błędnie używane jako skrót dla „suchego przędzenia na mokro” (DSWL).

Przebieg procesu
(1) Przygotowanie roztworu: Roztwór polimeru w lotnym rozwiązywaczu
(2) Wytłaczanie i odparowanie rozwiązywacza: Roztwór jest wytłaczany przez płytę sitkową bezpośrednio do tunelu przędzenia wypełnionego gorącym powietrzem
(3) Odzysk rozwiązywacza: Odparowany rozwiązywacz jest odzyskiwany w celu ponownego użycia
(4) Zbieranie włókien: Całkowicie zestalone włókna są nawijane i zbierane

Charakterystyka techniczna
(1) Różne kształty przekroju włókien: W stanie wytwarzać włókna o nieregularnych przekrojach
(2) Złożony system odzyskiwania rozpuszczalników: Wymaga zaawansowanego sprzętu do odzyskiwania rozpuszczalników
(3) Nadaje się dla określonych polimerów: Takich jak pewne zmodyfikowane PAN lub inne polimery prekursorowe węglowe

Kompleksowa tabela porównawcza trzech głównych technologii

Porównanie głównych technologicznych planów przedsiębiorstw

Przyszłe trendy rozwoju

(1) Optymalizacja technologii suchego natrysku i mokrego przędlenia: Dążenie do wyższych prędkości przędlenia i bardziej stabilnej jakości, aby dalsze obniżyć koszty produkcji wysokowydajnych włókien węglowych.
(2) Modernizacja przędlenia mokrego: Poprawa właściwości włókien produkowanych metodą mokrą poprzez ulepszenia procesu, aby poszerzyć zastosowanie pola.
(3) Innowacja integracji procesów: Opracowanie nowych technik kompozytowego przędlenia poprzez łączenie zalet różnych procesów.
(4) Produkcja przyjazna dla środowiska: Tworzenie ekologicznych systemów rozwiązywaczy w celu zmniejszenia wpływu na środowisko podczas produkcji.

Lekkość i jednocześnie duża wytrzymałość włókna węglowego wynikają z precyzyjnie dopracowanych procesów wytwarzania. Od tradycyjnej dojrzałości metody mokrej, przez specjalizowane zastosowania przędlenia suchego, po wysokowydajne przełomy technologii suchno-mokrej — każda z tych technik stanowi wyraz innowacyjności naukowców zajmujących się materiałami.

Zrozumienie tych różnic technologicznych nie tylko wyjaśnia znaczne różnice cenowe między włóknami węglowymi, ale także ukazuje trudną drogę i niezwykłe osiągnięcia chińskiej branży włókien węglowych, która przechodzi od zacofania do tempa rozwoju. Na drodze ku byciu potęgą materiałową, każdy przełom technologiczny zasługuje na naszą uwagę i brawa.