Dry-Spun Wet-Formed vs Processo a Seco vs Processo Úmido

A fibra de carbono é considerada o "Rei dos Novos Materiais", encontrando amplas aplicações na indústria aeroespacial, fabricação de automóveis, equipamentos esportivos e outros campos. Mas você sabia? Mesmo dentro da fibra de carbono, os processos de fabricação podem variar drasticamente. Hoje, analisaremos de forma abrangente as três tecnologias-chave para a produção de fibra de carbono — filamento seco-jato, filamento seco e filamento úmido — e examinaremos como grandes empresas nacionais e internacionais escolhem essas tecnologias.

Filamento seco-úmido (A escolha principal para fibra de carbono de alto desempenho)

Definição

O filamento seco-úmido, como o nome sugere, combina características dos processos de "filamento seco" e "filamento úmido". Esta técnica é usada principalmente para produzir precursores de fibra de carbono baseados em PAN de alto desempenho.

Fluxo do processo
(1) Preparação da Solução de Filamento: O poliacrilonitrilo (PAN) é dissolvido em um solvente específico para formar uma solução viscosa de filamento.
(2) Etapa de Secagem a Seco: A solução de fiação é extrudada através de uma placa de fieira e passa primeiro por uma camada de ar (normalmente alguns milímetros a centímetros).
(3) Etapa de Fiação Úmida: O feixe de fibras entra então em um banho de coagulação, onde se solidifica rapidamente e se forma.
(4) Pós-processamento: Por meio de etapas como lavagem, estiramento, lubrificação e secagem, o precursor da fibra de carbono é finalmente formado.

Vantagens Técnicas
(1) Estrutura de fibra mais uniforme: A tensão dentro da camada de ar melhora a orientação da cadeia molecular
(2) Superfície mais lisa: Reduz defeitos superficiais, melhorando as propriedades mecânicas da fibra de carbono final
(3) Maior eficiência de produção: A velocidade de fiação atinge 2 a 3 vezes a da fiação úmida
(4) Adequado para produzir fibras de alto desempenho: Como T700, T800 e fibras de carbono de grau superior

Fiação Úmida (Tradicional e Consolidada)

Definição

A fiação úmida é o método mais antigo para a produção industrial de precursores de fibra de carbono. Embora tecnicamente consolidada, apresenta certas limitações.
Um polímero é dissolvido em um solvente apropriado para formar uma solução concentrada (banho de filagem). Esta solução é então extrudida através dos microporos de uma fieira e diretamente injetada em um banho de solidificação contendo um não solvente. Dentro do banho, ocorre difusão bidirecional entre o solvente na corrente de filagem e o não solvente no banho. Isso faz com que o polímero precipite e se solidifique, formando fibras primárias.

Fluxo do processo
(1) Preparação da Solução de Filagem: PAN dissolvido em solvente (por exemplo, DMF, DMSO)
(2) Solidificação Direta: Solução de filagem extrudida da fieira diretamente para o banho de solidificação
(3) Solidificação por Separação de Fases: Solidificação alcançada através do processo de difusão bidirecional
(4) Pós-tratamento: Lavagem, alongamento, secagem, etc.

Características técnicas
(1) Formas de seção transversal limitadas: Primariamente circulares ou ovais
(2) Velocidade de filagem relativamente baixa: Tipicamente 50–150 m/min
(3) Propenso a defeitos superficiais: Suscetível a poros e ranhuras na superfície
(4) Equipamento relativamente simples: Adequado para produzir fibras de carbono de desempenho médio a baixo

Filagem a Seco (Seleção Especial de Fibra de Carbono)

Definição

A filagem a seco é outro método significativo para preparar precursores de fibra de carbono, particularmente utilizada na produção de certas fibras de carbono especiais.
A filagem a seco envolve a extrusão de uma solução polimérica através de filereiros, onde o solvente evapora diretamente em ar quente para formar fibras (por exemplo, na produção de spandex). No entanto, dentro da indústria de fibra de carbono, é frequentemente usada incorretamente como abreviação de "dry-spun wet-laid" (DSWL).

Fluxo do processo
(1) Preparação da Solução: Dissolver o polímero em solvente volátil
(2) Extrusão e Evaporação do Solvente: A solução é extrudida através de uma placa de filereiros diretamente em um túnel de filagem cheio de ar quente
(3) Recuperação do Solvente: O solvente evaporado é recuperado para reutilização
(4) Coleta da Fibra: Fibras totalmente solidificadas são enroladas e coletadas

Características técnicas
(1) Diversas formas de seção transversal das fibras: Capaz de produzir fibras com seções transversais irregulares
(2) Sistema complexo de recuperação de solvente: Requer equipamentos sofisticados de recuperação de solvente
(3) Adequado para polímeros específicos: Como certos PAN modificados ou outros polímeros precursores de fibra de carbono

Tabela abrangente de comparação das três principais tecnologias

Comparação dos Principais Roadmaps Tecnológicos Corporativos

Tendências de Desenvolvimento Futuro

(1) Otimização da Tecnologia de Espunção a Seco com Molhagem: Avançando para velocidades de espunção mais elevadas e maior estabilidade de qualidade, reduzindo ainda mais o custo das fibras de carbono de alto desempenho.
(2) Atualização da Espunção Úmida: Aprimorando o desempenho das fibras produzidas por via úmida por meio de melhorias nos processos, expandindo aplicação campos.
(3) Inovação na Integração de Processos: Desenvolver novas técnicas de espunção composta combinando as vantagens de diferentes processos.
(4) Fabricação Verde: Criar sistemas de solventes ecologicamente corretos para reduzir o impacto ambiental durante a produção.

A natureza leve, porém resistente, da fibra de carbono decorre de processos de fabricação meticulosamente aperfeiçoados. Da maturidade tradicional da espunção úmida às aplicações especializadas da espunção a seco, e aos avanços de alto desempenho da espunção seco-úmida — cada técnica representa a cristalização da engenhosidade dos cientistas de materiais.

Compreender essas distinções tecnológicas não apenas explica as amplas variações de preço entre as fibras de carbono, mas também ilumina a árdua jornada e as notáveis conquistas da indústria chinesa de fibra de carbono ao passar de uma fase de alcance para uma de manutenção de ritmo. No caminho para se tornar uma potência em materiais, cada avanço tecnológico merece nossa atenção e aplauso.