Сухе формування з мокрого розчину проти сухого процесу проти мокрого процесу

Волокно з вуглецю називають «Королем нових матеріалів», і він має широке застосування в аерокосмічній промисловості, виготовленні автомобілів, спортивному обладнанні та інших галузях. Але чи знаєте ви? Навіть у межах виробництва вуглецевого волокна технологічні процеси можуть суттєво відрізнятися. Сьогодні ми комплексно проаналюємо три ключові технології виробництва вуглецевого волокна — сухе джет-прядіння, сухе прядіння та мокре прядіння — і дослідимо, як великі вітчизняні та міжнародні компанії вибирають ці технології.

Сухе джет-мокре прядіння (основний вибір для високопродуктивного вуглецевого волокна)

Визначення

Технологія сухого розпилювання з мокрим прядінням, як вказує назва, поєднує характеристики процесів «сухого прядіння» та «мокрого прядіння». Ця техніка використовується переважно для виробництва високопродуктивних пан-основних позакутків вуглецевого волокна.

Процес потоку
(1) Підготовка прядильного розчину: Поліакрилонітрил (PAN) розчиняють у певному розчиннику, щоб утворити в'язкий прядильний розчин.
(2) Етап сухого розпилення: Розчин для формування витискується через фільтр-решітку і спочатку проходить через шар повітря (зазвичай кілька міліметрів до сантиметрів).
(3) Етап мокрого формування: Далі пучок волокон потрапляє у коагуляційну ванну, де він швидко затвердіває та формується.
(4) Подальша обробка: На етапах промивання, витягування, змащування та сушіння остаточно формується попередник вуглецевого волокна.

Технічні переваги
(1) Більш однорідна структура волокна: Напруження в шарі повітря покращує орієнтацію ланцюгів молекул
(2) Гладша поверхня: Зменшує поверхневі дефекти, підвищуючи механічні властивості кінцевого вуглецевого волокна
(3) Вища ефективність виробництва: Швидкість формування досягає 2–3 разів більше, ніж при мокрому формуванні
(4) Підходить для виробництва високопродуктивних волокон: Наприклад, T700, T800 та вуглецевих волокон вищого класу

Мокре формування (традиційне, відпрацьоване)

Визначення

Мокре формування — це найперший метод промислового виробництва попередників вуглецевого волокна. Хоча технологія є відпрацьованою, вона має певні обмеження.
Полімер розчиняють у відповідному розчиннику, щоб утворити концентрований розчин (спінювальна ванна). Цей розчин потім екструдують через мікропори фільєри та безпосередньо вводять у ванну затвердіння, що містить не розчинник. У ванні відбувається двонапрямлена дифузія між розчинником у спінювальному потоці та не розчинником у ванні. Це призводить до осадження та затвердіння полімеру, утворюючи первинні волокна.

Процес потоку
(1) Підготовка спінювального розчину: PAN розчинений у розчиннику (наприклад, DMF, DMSO)
(2) Безпосереднє затвердіння: спінювальний розчин екструдується з фільєри безпосередньо в ванну затвердіння
(3) Затвердіння через розділення фаз: затвердіння досягається шляхом процесу двонапрямленої дифузії
(4) Подальша обробка: промивання, витягування, сушка тощо

Технічні характеристики
(1) Обмежена форма поперечного перерізу: переважно кругла або овальна
(2) Відносно низька швидкість спінення: зазвичай 50–150 м/хв
(3) Схильність до поверхневих дефектів: сприйнятливість до поверхневих пор та борозенок
(4) Відносно просте обладнання: підходить для виробництва вуглецевих волокон середньої та низької якості

Сухе формування (спеціальний вибір вуглецевого волокна)

Визначення

Сухе формування — це ще один важливий метод отримання попередників вуглецевих волокон, особливо використовується при виробництві певних спеціальних видів вуглецевих волокон.
Сухе формування передбачає екструзію розчину полімеру через фільтри, де розчинник безпосередньо випаровується у гарячому повітрі з утворенням волокон (наприклад, при виробництві спандексу). Однак у галузі вуглецевих волокон цей термін часто помилково використовується як скорочення від «сухе формування з мокрою укладанням» (DSWL).

Процес потоку
(1) Підготовка розчину: розчинення полімеру у леткому розчиннику
(2) Екструзія та випаровування розчинника: розчин екструдується через фільєру безпосередньо в тунель для формування з гарячим повітрям
(3) Відновлення розчинника: випарований розчинник відновлюється для повторного використання
(4) Збирання волокна: повністю затверділі волокна намотуються та збираються

Технічні характеристики
різноманітні форми поперечного перерізу волокон: здатний виробляти волокна з неправильним поперечним перерізом
складна система відновлення розчинника: потрібне складне обладнання для відновлення розчинника
підходить для певних полімерів: наприклад, деякі модифіковані PAN або інші полімери-попередники вуглецевих волокон

Комплексна порівняльна таблиця трьох основних технологій

Порівняння технологічних маршрутів основних корпорацій

Перспективи майбутнього розвитку

(1) Оптимізація технології сухого розпилення та мокрого формування: рух у бік вищих швидкостей формування та більш стабільної якості для подальшого зниження вартості високоефективних вуглецевих волокон.
(2) Модернізація мокрого формування: підвищення ефективності волокон, отриманих мокрим способом, за рахунок покращення процесів для розширення застосування поля.
(3) Інновації в інтеграції процесів: розробка нових композитних методів формування шляхом поєднання переваг різних технологій.
(4) Екологічне виробництво: створення екологічно чистих розчинників для зменшення впливу на навколишнє середовище під час виробництва.

Легкість і водночас міцність вуглецевого волокна пояснюються досконало відпрацьованими процесами виробництва. Від перевіреної часом технології мокрого формування до спеціалізованих застосувань сухого формування та проривів у високоефективному сухо-мокрому формуванні — кожна методика є кристалізацією інженерної думки фахівців з матеріалознавства.

Розуміння цих технологічних відмінностей не тільки пояснює значну різницю в цінах на вуглефіброві матеріали, але й висвітлює важкий шлях та вражаючі досягнення галузі вуглефібрових матеріалів в Китаї, який переходить від наздогання до конкурентоспроможності. На шляху до стати лідером у галузі матеріалів, кожен технологічний прорив заслуговує на нашу увагу та оплески.