Сухое формование из влажного волокна против сухого процесса против мокрого процесса

Углеродное волокно считается «королем новых материалов» и широко применяется в аэрокосмической промышленности, автомобилестроении, производстве спортивного инвентаря и других областях. Но знаете ли вы, что даже при производстве углеродного волокна технологические процессы могут значительно различаться? Сегодня мы подробно рассмотрим три ключевые технологии производства углеродного волокна — сухое формование с последующей влажной вытяжкой, сухое формование и мокрое формование, а также проанализируем, как крупные отечественные и международные компании выбирают эти технологии.

Сухое формование с последующей влажной вытяжкой (основной выбор для высокопрочных углеродных волокон)

Определение

Сухое формование с последующей влажной вытяжкой, как следует из названия, сочетает в себе характеристики процессов «сухого формования» и «мокрого формования». Эта технология в основном используется для производства высокопрочных прекурсоров углеродного волокна на основе ПАН.

Технологический процесс
(1) Подготовка раствора для формования: поливинилнитрил (ПАН) растворяют в определённом растворителе, образуя вязкий раствор для формования.
(2) Сухое напыление: Раствор экструдируется через фильерную плиту и сначала проходит через слой воздуха (обычно несколько миллиметров до сантиметров).
(3) Мокрое формование: Потом пакет волокон поступает в коагуляционную ванну, где он быстро затвердевает и формируется.
(4) Последующая обработка: Через этапы, такие как промывка, вытяжка, смазка и сушка, окончательно формируется предшественник углеродного волокна.

Технические преимущества
(1) Более однородная структура волокна: Напряжение в слое воздуха улучшает ориентацию молекулярных цепей
(2) Более гладкая поверхность: Уменьшает поверхностные дефекты, повышая механические свойства конечного углеродного волокна
(3) Повышенная эффективность производства: Скорость формования достигает 2–3 раз по сравнению с мокрым формованием
(4) Подходит для производства высокопроизводительных волокон: Например, T700, T800 и более высокие марки углеродного волокна

Мокрое формование (традиционный зрелый метод)

Определение

Мокрое формование является первым методом промышленного производства предшественников углеродного волокна. Хотя технически этот метод зрелый, он имеет определённые ограничения.
Полимер растворяют в подходящем растворителе, чтобы образовать концентрированный раствор (спин-банны). Этот раствор затем экструдируется через микропоры фильеры и непосредственно вводится в ванну отверждения, содержащую нерастворитель. В ванне происходит двунаправленная диффузия между растворителем в потоке и нерастворителем в ванне. Это вызывает осаждение и затвердевание полимера, образуя первичные волокна.

Технологический процесс
(1) Подготовка спин-раствора: PAN, растворенный в растворителе (например, DMF, ДМСО)
(2) Непосредственное отверждение: экструзия спин-раствора из фильеры непосредственно в ванну отверждения
(3) Отверждение через разделение фаз: отверждение достигается посредством процесса двунаправленной диффузии
(4) Последующая обработка: промывка, вытягивание, сушка и т.д.

Технические характеристики
(1) Ограниченные формы поперечного сечения: в основном круглые или овальные
(2) Относительно низкая скорость прядения: обычно 50–150 м/мин
(3) Склонность к поверхностным дефектам: подверженность поверхностным порам и бороздкам
(4) Относительно простое оборудование: подходит для производства углеродных волокон среднего и низкого качества

Сухое формование (специальный подбор углеродного волокна)

Определение

Сухое формование — это еще один важный метод получения прекурсоров углеродных волокон, особенно используемый при производстве некоторых специальных видов углеродных волокон.
Сухое формование предполагает экструзию полимерного раствора через фильеры, при которой растворитель испаряется непосредственно в горячем воздухе с образованием волокон (например, при производстве спандекса). Однако в индустрии углеродных волокон этот термин часто ошибочно используется как сокращение от «сухое формование с мокрым осаждением» (DSWL).

Технологический процесс
(1) Приготовление раствора: растворение полимера в летучем растворителе
(2) Экструзия и испарение растворителя: раствор экструдируется через фильерную плиту непосредственно в шахту формования, заполненную горячим воздухом
(3) Восстановление растворителя: испарившийся растворитель собирается для повторного использования
(4) Сбор волокон: полностью затвердевшие волокна наматываются и собираются

Технические характеристики
разнообразные формы поперечного сечения волокон: способность производить волокна с неправильным поперечным сечением
сложная система восстановления растворителя: требует сложного оборудования для восстановления растворителя
подходит для определенных полимеров: например, некоторых модифицированных ПАН или других полимерных прекурсоров углеродных волокон

Комплексная сравнительная таблица трех основных технологий

Сравнение технологических дорожных карт крупных компаний

Будущие направления развития

(1) Оптимизация технологии сухого распыления и влажного формования: Достижение более высоких скоростей формования и более стабильного качества, чтобы дальнейше снизить стоимость высокопроизводительных углеволокон.
(2) Модернизация влажного формования: Повышение характеристик волокон, получаемых влажным способом, путем усовершенствования процесса, с целью расширения применение поля.
(3) Инновации в интеграции процессов: Разработка новых композитных методов формования путем комбинирования преимуществ различных технологий.
(4) Экологичное производство: Создание экологически чистых растворительных систем для снижения воздействия на окружающую среду в процессе производства.

Легкий, но прочный характер углеволокна обусловлен тщательно отработанными производственными процессами. От традиционной зрелости влажного формования до специализированных применений сухого способа и высокопроизводительных прорывов сухо-влажного формования — каждая технология представляет собой результат изобретательности материаловедов.

Понимание этих технологических различий не только объясняет широкий диапазон цен на углеродные волокна, но также освещает трудный путь и вы remarkable достижения китайской индустрии углеродных волокон в процессе перехода от отставания к темпам мирового развития. На пути к становлению мощной материаловой державой каждое технологическое прорыв заслуживает нашего внимания и аплодисментов.