Dry-Spun Wet-Formed so với Quy Trình Khô so với Quy Trình Ướt

Sợi carbon được ca ngợi là "Vua của các vật liệu mới", với ứng dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, sản xuất ô tô, thiết bị thể thao và nhiều lĩnh vực khác. Nhưng bạn có biết? Ngay cả trong sợi carbon, các quy trình sản xuất cũng có thể khác biệt rất lớn. Hôm nay, chúng ta sẽ phân tích toàn diện ba công nghệ chính để sản xuất sợi carbon—phun khô, phun khô-ướt và phun ướt—và xem xét cách các công ty lớn trong nước và quốc tế lựa chọn những công nghệ này.

Phun khô-ướt (Lựa chọn chủ đạo cho sợi carbon hiệu suất cao)

Sự định nghĩa

Phun khô-ướt, như tên gọi, kết hợp các đặc điểm của cả hai quá trình "phun khô" và "phun ướt". Kỹ thuật này chủ yếu được dùng để sản xuất tiền chất sợi carbon PAN hiệu suất cao.

Quy trình
(1) Chuẩn bị dung dịch tơ: Polyacrylonitrile (PAN) được hòa tan trong một dung môi cụ thể để tạo thành dung dịch tơ nhớt.
(2) Giai đoạn phun khô: Dung dịch kéo sợi được ép đùn qua tấm đục lỗ và trước tiên đi qua một lớp không khí (thường từ vài milimét đến vài centimét).
(3) Giai đoạn kéo sợi ướt: Bó sợi sau đó đi vào bể đông tụ, nơi nó nhanh chóng hóa rắn và hình thành.
(4) Xử lý sau: Qua các bước như rửa, kéo giãn, bôi dầu và sấy khô, tiền chất sợi carbon cuối cùng được tạo thành.

Ưu điểm kỹ thuật
(1) Cấu trúc sợi đồng đều hơn: Lực căng trong lớp không khí cải thiện độ định hướng của chuỗi phân tử
(2) Bề mặt nhẵn mịn hơn: Giảm các khuyết tật bề mặt, nâng cao tính chất cơ học của sợi carbon thành phẩm
(3) Hiệu suất sản xuất cao hơn: Tốc độ kéo sợi đạt 2-3 lần so với phương pháp kéo ướt
(4) Phù hợp để sản xuất sợi hiệu suất cao: Như T700, T800 và các loại sợi carbon cấp cao hơn

Kéo Sợi Ướt (Truyền Thống, Trưởng Thành)

Sự định nghĩa

Kéo sợi ướt là phương pháp sớm nhất để sản xuất công nghiệp tiền chất sợi carbon. Mặc dù kỹ thuật đã trưởng thành, nhưng nó có một số hạn chế nhất định.
Một polymer được hòa tan trong dung môi thích hợp để tạo thành dung dịch đặc (bồn kéo sợi). Dung dịch này sau đó được ép đùn qua các vi lỗ của một đầu kéo sợi và tiêm trực tiếp vào một bồn làm đặc chứa chất chống hòa tan. Trong bồn, khuếch tán hai chiều xảy ra giữa dung môi trong dòng kéo sợi và chất chống hòa tan trong bồn. Điều này khiến polymer kết tủa và đông đặc, hình thành sợi sơ cấp.

Quy trình
(1) Chuẩn bị dung dịch kéo sợi: PAN được hòa tan trong dung môi (ví dụ: DMF, DMSO)
(2) Đông đặc trực tiếp: Dung dịch kéo sợi được ép đùn từ đầu kéo sợi trực tiếp vào bồn làm đặc
(3) Đông đặc bằng quá trình tách pha: Đông đặc đạt được thông qua quá trình khuếch tán hai chiều
(4) Xử lý sau: Rửa, kéo dài, sấy khô, v.v.

Đặc điểm kỹ thuật
(1) Hình dạng mặt cắt ngang bị hạn chế: Chủ yếu là hình tròn hoặc hình bầu dục
(2) Tốc độ kéo sợi tương đối thấp: Thường ở mức 50–150 m/phút
(3) Dễ xuất hiện khuyết tật bề mặt: Dễ bị lỗ và rãnh trên bề mặt
(4) Thiết bị tương đối đơn giản: Phù hợp để sản xuất sợi carbon hiệu suất trung bình đến thấp

Ép đùn khô (Lựa chọn sợi carbon đặc chủng)

Sự định nghĩa

Ép đùn khô là một phương pháp quan trọng khác để chuẩn bị tiền chất sợi carbon, đặc biệt được sử dụng trong sản xuất một số loại sợi carbon chuyên dụng.
Ép đùn khô liên quan đến việc đùn một dung dịch polymer qua các tấm kéo sợi, tại đó dung môi bay hơi trực tiếp trong không khí nóng để tạo thành sợi (ví dụ: sản xuất spandex). Tuy nhiên, trong ngành công nghiệp sợi carbon, phương pháp này thường bị nhầm dùng như cách viết tắt của "dry-spun wet-laid" (DSWL).

Quy trình
(1) Chuẩn bị dung dịch: Hòa tan polymer trong dung môi dễ bay hơi
(2) Đùn và bay hơi dung môi: Dung dịch được đùn qua một tấm kéo sợi trực tiếp vào trong hầm ép đùn chứa không khí nóng
(3) Thu hồi dung môi: Dung môi đã bay hơi được thu hồi để tái sử dụng
(4) Thu thập sợi: Sợi đã hoàn toàn hóa rắn được cuộn và thu thập

Đặc điểm kỹ thuật
(1) Các hình dạng mặt cắt ngang sợi đa dạng: Có khả năng sản xuất các sợi có mặt cắt ngang không đều
(2) Hệ thống thu hồi dung môi phức tạp: Yêu cầu thiết bị thu hồi dung môi tinh vi
(3) Phù hợp với một số polymer nhất định: Như các loại PAN đã qua biến tính hoặc các polymer tiền thân sợi carbon khác

Bảng so sánh tổng hợp ba công nghệ chính

So Sánh Các Lộ Trình Công Nghệ Chính Của Doanh Nghiệp

Xu hướng phát triển trong tương lai

(1) Tối ưu hóa Công nghệ Phun Khô - Ép Ướt: Tiến bộ hướng tới tốc độ quay sợi cao hơn và chất lượng ổn định hơn để tiếp tục giảm chi phí sản xuất sợi carbon hiệu suất cao.
(2) Nâng cấp Ép Ướt: Cải thiện hiệu suất của sợi ép ướt thông qua các cải tiến quy trình nhằm mở rộng ứng dụng các trường.
(3) Đổi mới Tích hợp Quy trình: Phát triển các kỹ thuật quay sợi tổ hợp mới bằng cách kết hợp ưu điểm của các quy trình khác nhau.
(4) Sản xuất Xanh: Tạo ra các hệ thống dung môi thân thiện với môi trường nhằm giảm tác động đến môi trường trong quá trình sản xuất.

Tính chất nhẹ nhưng bền bỉ của sợi carbon bắt nguồn từ những quy trình sản xuất được tinh chỉnh cẩn thận. Từ phương pháp truyền thống đã trưởng thành là ép ướt, đến các ứng dụng chuyên biệt của ép khô, và những đột phá hiệu suất cao của ép khô-ướt — mỗi kỹ thuật đều thể hiện sự kết tinh trí tuệ của các nhà khoa học vật liệu.

Hiểu được những khác biệt công nghệ này không chỉ giải thích cho sự chênh lệch giá rộng rãi giữa các loại sợi carbon, mà còn làm rõ hành trình gian nan và những thành tựu đáng kinh ngạc của ngành công nghiệp sợi carbon Trung Quốc khi chuyển từ trạng thái đuổi kịp sang ngang tầm. Trên con đường trở thành cường quốc về vật liệu, mỗi đột phá công nghệ đều xứng đáng nhận được sự quan tâm và cổ vũ từ chúng ta.