แห้ง-ถักเปียกเทียบกับกระบวนการแห้งเทียบกับกระบวนการเปียก

เส้นใยคาร์บอนถูกขนานนามเป็น "กษัตริย์แห่งวัสดุใหม้" ซึ่งมีการใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ การผลิตรถยนต์ อุปกรณ์กีฬา และสาขาอื่นๆ แต่คุณรู้ไหม? แม้ในเส้นใยคาร์บอนเอง การผลิตก็สามารถแตกต่างอย่างมากขึ้นตามกระบวนการต่างๆ ในวันนี้เราจะวิเคราะห์อย่างครอบคลุมถึงเทคโนโลยีสามหลักที่ใช้ในการผลิตเส้นใยคาร์บอน นั่นคือ dry jet-spinning, dry spinning และ wet spinning และพิจาร่วิธีที่บริษัชั้นนำในประเทศและต่างประเทศเลือกเทคโนโลยีเหล่านี้

Dry-jet-wet-spinning (ตัวเลือกหลักสำหรับเส้นใยคาร์บอนสมรรถนะสูง)

คํานิยาม

Dry-spray wet-spinning ตามชื่่ที่บ่งชี้ คือการรวมคุณลักษณะของกระบวนการ "dry spinning" และ "wet spinning" เข้าด้วย วิธีนี้ใช้เป็นหลักในการผลิตต้นวัสดัตั้งต้นของเส้นใยคาร์บอนชนิด PAN-based ที่มีสมรรถนะสูง

กระบวนการทำงาน
(1) การเตรียมสารละลายสำหรับการปั่นเส้นใย: โพลีอะคริโลไนไตรล์ (PAN) ถูกละลายในตัวทำละลายเฉพาะเพื่อสร้างสารละลายเหนียวที่ใช้ในการปั่นเส้นใย
(2) ขั้นตอนพ่นแห้ง: สารละลายสปินถูกอัดออกผ่านแผ่นสปินเนอร์รีตและเคลื่อนผ่านชั้นอากาศก่อน (โดยทั่วไปหลายมิลลิเมตรถึงหนึ่งเซนติเมตร)
(3) ขั้นตอนสปินแบบเปียก: มัดเส้นใยจากนั้นเข้าสู่อ่างตกตะกอน ซึ่งจะแข็งตัวอย่างรวดเร็วและเกิดรูปทรงขึ้น
(4) ขั้นตอนการแปรรูปต่อ: ผ่านขั้นตอนต่างๆ เช่น การล้าง การยืด การหล่อลื่น และการอบแห้ง เส้นใยต้นกำเนิดคาร์บอนไฟเบอร์จึงถูกสร้างขึ้นในที่สุด

ข้อได้เปรียบทางเทคนิค
(1) โครงสร้างเส้นใยสม่ำเสมอมากขึ้น: แรงตึงภายในชั้นอากาศช่วยปรับให้โมเลกุลเรียงตัวอย่างมีทิศทาง
(2) พื้นผิวเรียบมากขึ้น: ลดข้อบกพร่องบนพื้นผิว ทำให้คุณสมบัติทางกลของคาร์บอนไฟเบอร์สำเร็จรูปดีขึ้น
(3) ประสิทธิภาพการผลิตสูงขึ้น: ความเร็วในการสปินสูงถึง 2-3 เท่าของวิธีสปินแบบเปียก
(4) เหมาะสำหรับการผลิตเส้นใยประสิทธิภาพสูง: เช่น คาร์บอนไฟเบอร์เกรด T700, T800 และเกรดสูงกว่า

การสปินแบบเปียก (วิธีดั้งเดิมที่ได้รับการพัฒนาแล้ว)

คํานิยาม

การสปินแบบเปียกเป็นวิธีแรกที่ใช้ในการผลิตเส้นใยต้นกำเนิดคาร์บอนไฟเบอร์ในระดับอุตสาหกรรม แม้จะมีความชำนาญทางเทคนิคแล้ว แต่ก็ยังมีข้อจำกัดบางประการ
พอลิเมอร์ถูกทำละลายในตัวทำละลายที่เหมาะสมเพื่อสร้างสารละลายเข้มข้น (อ่างปั่นเส้นใย) จากนั้นสารละยายนี้จะถูกอัดผ่านรูจุลภาคของหัวปั่นเส้นใยและฉีดโดยตรงเข้าไปในอ่างการแข็งตัวที่มีตัวทำละลายที่ไม่ละลายพอลิเมอร์ ภายในอ่างเกิดการแพราย้อนกลับระหว่างตัวทำละลายในเส้นใยที่ปั่นกับตัวทำละลายที่ไม่ละลายในอ่าง ทำให้พอลิเมอร์ตกตะกอนและแข็งตัว สร้างเส้นใยปฐมภูมิ

กระบวนการทำงาน
(1) การเตรียมสารละลายปั่นเส้นใย: PAN ละลายในตัวทำละลาย (เช่น DMF, DMSO)
(2) การแข็งตัวโดยตรง: อัดสารละลายปั่นเส้นใยจากหัวปั่นเส้นใยโดยตรงเข้าไปในอ่างการแข็งตัว
(3) การแข็งตัวโดยการแยกเฟส: การแข็งตัวเกิดจากกระบวนการการแพราย้อนกลับ
(4) การบำบัดต่อขั้นตอนต่อ: ล้าง, ยืด, อบแห้ง ฯลฯ

ลักษณะทางเทคนิค
(1) รูปร่างหน้าตัดที่จำกัด: ส่วนใหญ่เป็นรูปกลมหรือรูปไข่
(2) ความเร็วปั่นเส้นใยค่อนไปทางต่ำ: โดยทั่วไป 50–150 ม./นาที
(3) เสี่ยงต่อข้อบกพร่องผิว: เสี่ยงต่อรูพรุนและร่องบนผิว
(4) อุปกรณ์ค่อนข้างเรียบง่าย: เหมาะสำหรับการผลิตเส้นใยคาร์บอนที่มีสมรรถนะระดับกลางถึงต่ำ

การปั่นแห้ง (การเลือกเส้นใยคาร์บอนพิเศษ)

คํานิยาม

การปั่นแห้งเป็นอีกวิธีการสำคัญหนึ่งในการเตรียมสารตั้งต้นของเส้นใยคาร์บอน โดยเฉพาะอย่างยิ่งใช้ในการผลิตเส้นใยคาร์บอนพิเศษบางชนิด
การปั่นแห้งเกี่ยวข้องกับการอัดสารละลายโพลิเมอร์ผ่านหัวปั่นเส้นใย (spinnerets) โดยตัวทำละลายจะระเหยออกไปโดยตรงในอากาศร้อนเพื่อสร้างเส้นใย (เช่น ในการผลิตสแปนเด็กซ์) อย่างไรก็ตาม ในอุตสาหกรรมเส้นใยคาร์บอน มักถูกใช้เป็นคำย่ออย่างผิดๆ สำหรับคำว่า "แห้งปั่น-วางเปียก" (DSWL)

กระบวนการทำงาน
(1) การเตรียมสารละลาย: ละลายโพลิเมอร์ในตัวทำละลายที่ระเหยได้
(2) การอัดและการระเหยตัวทำละลาย: สารละลายถูกอัดผ่านแผ่นหัวปั่นเส้นใยโดยตรงเข้าสู่อุโมงค์ปั่นเส้นใยที่เต็มไปด้วยอากาศร้อน
(3) การกู้คืนตัวทำละลาย: ตัวทำละลายที่ระเหยออกไปจะถูกกู้คืนเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่
(4) การเก็บรวบรวมเส้นใย: เส้นใยที่แข็งตัวสมบูรณ์แล้วจะถูกพันและเก็บรวบรวม

ลักษณะทางเทคนิค
(1) รูปร่างหน้าตัดของเส้นใยที่หลากหลาย: สามารถผลิตเส้นใยที่มีหน้าตัดไม่สม่ำเสมอ
(2) ระบบกู้คืนตัวทำละลายที่ซับซ้อน: ต้องการอุปกรณ์กู้คืนตัวทำละลายที่ทันสมัย
(3) เหมาะสำหรับพอลิเมอร์เฉพาะ: เช่น PAN ที่ผ่านการดัดแปลงบางชนิด หรือพอลิเมอร์ตั้งต้นอื่นที่ใช้ในการผลิตเส้นใยคาร์บอน

ตารางเปรียบเทียบอย่างละเอียดของเทคโนโลยีสามหลัก

เปรียบเทียบแผนพัฒนาเทคโนโลยียักษ์ใหญ้บริษัทต่างๆ

แนวโน้มการพัฒนาในอนาคต

(1) การเพิ่มประสิทธิภาพเทคโนโลยีการปั่นเส้นใยแบบพ่นแห้ง-เปียก: พัฒนาไปสู่ความเร็วในการปั่นที่สูงขึ้นและคุณภาพที่มั่นคงยิ่งขึ้น เพื่อลดต้นทุนของเส้นใยคาร์บอนสมรรถนะสูงให้ต่ำลงอีก
(2) การยกระดับการปั่นเส้นใยแบบเปียก: เสริมประสิทธิภาพของเส้นใยที่ปั่นแบบเปียกผ่านการปรับปรุงกระบวนการ เพื่อขยาย การใช้งาน ฟิลด์ต่างๆ
(3) นวัตกรรมการผสานกระบวนการ: พัฒนาเทคนิคการปั่นคอมโพสิตใหม่ๆ โดยการรวมจุดแข็งของกระบวนการต่างๆ เข้าด้วยกัน
(4) การผลิตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม: สร้างระบบตัวทำละลายที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เพื่อลดผลกระทบต่อธรรมชาติในช่วงการผลิต

ธรรมชาติของเส้นใยคาร์บอนที่ทั้งเบาและทนทานเกิดจากกระบวนการผลิตที่ได้รับการปรับแต่งอย่างประณีต ตั้งแต่การปั่นแบบเปียกที่มีความสุกงอมมาอย่างยาวนาน ไปจนถึงการประยุกต์ใช้เฉพาะทางของการปั่นแบบแห้ง และการก้าวข้ามขีดจำกัดด้านสมรรถนะของการปั่นแบบแห้ง-เปียก — เทคนิคแต่ละแบบล้วนเป็นผลึกความคิดสร้างสรรค์ของนักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุ

การเข้าใจความแตกต่างทางเทคโนโลยีเหล่านี้ไม่เพียงแต่อธิบายความหลากหลายของราคาเส้นใยคาร์บอนที่แตกต่างกันอย่างมากเท่านั้น แต่ยังแสดงให้เห็นถึงเส้นทางอันยากลำบากและความสำเร็จอันน่าทึ่งของอุตสาหกรรมเส้นใยคาร์บอนของจีน ในช่วงเปลี่ยนผ่านจากการตามหลังมาสู่การก้าวเท่าทัน บนเส้นทางสู่การเป็นมหาอำนาจด้านวัสดุ นวัตกรรมทางเทคโนโลยีทุกครั้งล้วนมีค่าควรแก่การจับตามองและยกย่อง