कार्बन फायबर उद्योगाचे सखोल विश्लेषण: उच्च वाढ, नवीन सामग्रीची विस्तृत जागा आणि उच्च दर्जाचा ट्रॅक

21व्या शतकात नवीन पदार्थांचा राजा म्हणून ओळखला जाणारा कार्बन फायबर हा पदार्थांमध्ये चमकदार मोती आहे.कार्बन फायबर (CF) 90% पेक्षा जास्त कार्बन सामग्रीसह एक प्रकारचे अजैविक फायबर आहे.सेंद्रिय तंतू (व्हिस्कोस आधारित, पिच आधारित, पॉलीएक्रिलोनिट्रिल आधारित तंतू इ.) उच्च तापमानात पायरोलाइझ केले जातात आणि कार्बनच्या पाठीचा कणा तयार करतात.

प्रबलित फायबरची नवीन पिढी म्हणून, कार्बन फायबरमध्ये उत्कृष्ट यांत्रिक आणि रासायनिक गुणधर्म आहेत.यात केवळ कार्बन सामग्रीची अंतर्निहित वैशिष्ट्येच नाहीत तर कापड फायबरची मऊपणा आणि प्रक्रियाक्षमता देखील आहे.म्हणून, हे एरोस्पेस, ऊर्जा उपकरणे, वाहतूक, क्रीडा आणि विश्रांती क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते

हलके वजन: उत्कृष्ट कार्यक्षमतेसह धोरणात्मक नवीन सामग्री म्हणून, कार्बन फायबरची घनता जवळजवळ मॅग्नेशियम आणि बेरिलियम सारखीच असते, स्टीलच्या 1/4 पेक्षा कमी.स्ट्रक्चरल मटेरियल म्हणून कार्बन फायबर कंपोझिट वापरल्याने स्ट्रक्चरल वजन 30% - 40% कमी होऊ शकते.

उच्च शक्ती आणि उच्च मापांक: कार्बन फायबरची विशिष्ट ताकद स्टीलच्या तुलनेत 5 पट जास्त आणि अॅल्युमिनियम मिश्र धातुपेक्षा 4 पट जास्त आहे;विशिष्ट मॉड्यूलस इतर संरचनात्मक सामग्रीच्या 1.3-12.3 पट आहे.

लहान विस्तार गुणांक: बहुतेक कार्बन तंतूंचा थर्मल विस्तार गुणांक खोलीच्या तपमानावर 0, 200-400 ℃ वर 0 आणि 1000 ℃ × 10-6 / K पेक्षा कमी तापमानात फक्त 1.5 असतो, उच्च कार्यामुळे विस्तृत करणे आणि विकृत करणे सोपे नाही. तापमान

चांगला रासायनिक गंज प्रतिकार: कार्बन फायबरमध्ये उच्च शुद्ध कार्बन सामग्री आहे, आणि कार्बन सर्वात स्थिर रासायनिक घटकांपैकी एक आहे, परिणामी आम्ल आणि अल्कली वातावरणात त्याची अतिशय स्थिर कामगिरी आहे, जी सर्व प्रकारच्या रासायनिक अँटी-गंज उत्पादने बनवता येते.

मजबूत थकवा प्रतिकार: कार्बन फायबरची रचना स्थिर आहे.पॉलिमर नेटवर्कच्या आकडेवारीनुसार, तणाव थकवा चाचणीच्या लाखो चक्रांनंतर, कंपोझिटचा सामर्थ्य टिकवून ठेवण्याचा दर अजूनही 60% आहे, तर स्टीलचा 40% आहे, अॅल्युमिनियम 30% आहे आणि ग्लास फायबर प्रबलित प्लास्टिक फक्त 20 आहे. % - 25%.

कार्बन फायबर कंपोझिट म्हणजे कार्बन फायबरला पुन्हा मजबूत करणे.जरी कार्बन फायबर एकट्याने वापरला जाऊ शकतो आणि एक विशिष्ट कार्य बजावू शकतो, तरीही ती एक ठिसूळ सामग्री आहे.कार्बन फायबर कंपोझिट तयार करण्यासाठी मॅट्रिक्स सामग्रीसह एकत्रित केल्यावरच ते त्याच्या यांत्रिक गुणधर्मांना अधिक चांगले खेळू शकते आणि अधिक भार वाहून नेऊ शकते.

कार्बन फायबर्सचे वर्गीकरण विविध आयामांनुसार केले जाऊ शकते जसे की पूर्ववर्ती प्रकार, उत्पादन पद्धत आणि कार्यप्रदर्शन

पूर्वगामीच्या प्रकारानुसार: पॉलीएक्रिलोनिट्रिल (पॅन) आधारित, पिच आधारित (आयसोट्रॉपिक, मेसोफेस);व्हिस्कोस बेस (सेल्युलोज बेस, रेयॉन बेस).त्यापैकी, पॉलीएक्रिलोनिट्रिल (पॅन) आधारित कार्बन फायबर मुख्य प्रवाहात आहे आणि त्याचे उत्पादन एकूण कार्बन फायबरच्या 90% पेक्षा जास्त आहे, तर व्हिस्कोस आधारित कार्बन फायबर 1% पेक्षा कमी आहे.

उत्पादन परिस्थिती आणि पद्धतींनुसार: कार्बन फायबर (800-1600 ℃), ग्रेफाइट फायबर (2000-3000 ℃), सक्रिय कार्बन फायबर, वाफेवर वाढलेले कार्बन फायबर.

यांत्रिक गुणधर्मांनुसार, ते सामान्य प्रकार आणि उच्च-कार्यक्षमता प्रकारात विभागले जाऊ शकते: सामान्य प्रकारच्या कार्बन फायबरची ताकद सुमारे 1000MPa आहे आणि मॉड्यूलस सुमारे 100GPa आहे;उच्च कार्यक्षमतेचा प्रकार उच्च सामर्थ्य प्रकार (सामर्थ्य 2000mPa, मॉड्यूलस 250gpa) आणि उच्च मॉडेल (मॉड्यूलस 300gpa किंवा अधिक) मध्ये विभागला जाऊ शकतो, ज्यामध्ये 4000mpa पेक्षा जास्त शक्तीला अल्ट्रा-हाय स्ट्रेंथ प्रकार देखील म्हटले जाते आणि 450gpa पेक्षा मोठे मॉड्यूलस आहे. अल्ट्रा-हाय मॉडेल म्हणतात.

टोच्या आकारानुसार, ते लहान टो आणि मोठ्या टोमध्ये विभागले जाऊ शकते: लहान टो कार्बन फायबर मुख्यतः 1K, 3K आणि 6K आहे सुरुवातीच्या टप्प्यावर आणि हळूहळू 12K आणि 24K मध्ये विकसित केले जाते, जे प्रामुख्याने एरोस्पेस, खेळांमध्ये वापरले जाते. आणि विश्रांती क्षेत्रे.48K, 60K, 80K, इत्यादींसह 48K वरील कार्बन तंतूंना सामान्यतः मोठ्या टो कार्बन फायबर म्हणतात, जे प्रामुख्याने औद्योगिक क्षेत्रात वापरले जातात.

कार्बन फायबरच्या गुणधर्मांचे मूल्यांकन करण्यासाठी तन्य शक्ती आणि तन्य मॉड्यूलस हे दोन मुख्य निर्देशांक आहेत.यावर आधारित, चीनने 2011 मध्ये PAN आधारित कार्बन फायबर (GB/t26752-2011) साठी राष्ट्रीय मानक जाहीर केले. त्याच वेळी, जागतिक कार्बन फायबर उद्योगात Toray च्या अग्रेसर फायद्यामुळे, बहुतेक देशांतर्गत उत्पादक देखील Toray चे वर्गीकरण मानक स्वीकारतात. संदर्भ म्हणून.

1.2 उच्च अडथळे उच्च जोडलेले मूल्य आणतात.प्रक्रिया सुधारणे आणि मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन साकारणे खर्चात लक्षणीय घट आणि कार्यक्षमता वाढवू शकते

1.2.1 उद्योगाचा तांत्रिक अडथळा जास्त आहे, पूर्वगामी उत्पादन हा गाभा आहे आणि कार्बनीकरण आणि ऑक्सिडेशन ही मुख्य गोष्ट आहे

कार्बन फायबरची उत्पादन प्रक्रिया जटिल आहे, ज्यासाठी उच्च उपकरणे आणि तंत्रज्ञान आवश्यक आहे.प्रत्येक दुव्याची अचूकता, तापमान आणि वेळेचे नियंत्रण अंतिम उत्पादनाच्या गुणवत्तेवर मोठ्या प्रमाणात परिणाम करेल.तुलनेने सोपी तयारी प्रक्रिया, कमी उत्पादन खर्च आणि तीन कचऱ्याची सोयीस्कर विल्हेवाट यामुळे पॉलीअॅक्रिलोनिट्रिल कार्बन फायबर सध्या सर्वाधिक प्रमाणात वापरला जाणारा आणि सर्वाधिक उत्पादन देणारा कार्बन फायबर बनला आहे.मुख्य कच्चा माल प्रोपेन कच्च्या तेलापासून बनविला जाऊ शकतो आणि पॅन कार्बन फायबर उद्योग साखळीमध्ये प्राथमिक उर्जेपासून ते टर्मिनल ऍप्लिकेशनपर्यंत संपूर्ण उत्पादन प्रक्रिया समाविष्ट आहे.

कच्च्या तेलापासून प्रोपेन तयार केल्यानंतर, प्रोपेनच्या निवडक उत्प्रेरक डिहायड्रोजनेशन (PDH) द्वारे प्रोपीलीन प्राप्त केले गेले;

ऍक्रिलोनिट्रिल प्रोपीलीनच्या अमोक्सिडेशनद्वारे प्राप्त होते.Polyacrylonitrile (पॅन) पूर्ववर्ती ऍक्रिलोनिट्रिलचे पॉलिमरायझेशन आणि स्पिनिंगद्वारे प्राप्त झाले;

Polyacrylonitrile कार्बन फायबर मिळविण्यासाठी कमी आणि उच्च तापमानात प्री ऑक्सिडाइज्ड, कार्बनाइज्ड आहे, जे कार्बन फायबर फॅब्रिक आणि कार्बन फायबर कंपोझिटच्या उत्पादनासाठी कार्बन फायबर प्रीप्रेग बनवता येते;

कार्बन फायबर राळ, सिरॅमिक्स आणि इतर सामग्रीसह कार्बन फायबर कंपोझिट तयार करण्यासाठी एकत्र केले जाते.शेवटी, डाउनस्ट्रीम ऍप्लिकेशन्ससाठी अंतिम उत्पादने विविध मोल्डिंग प्रक्रियेद्वारे प्राप्त केली जातात;

पूर्ववर्तीची गुणवत्ता आणि कार्यप्रदर्शन पातळी थेट कार्बन फायबरची अंतिम कामगिरी निर्धारित करते.त्यामुळे, स्पिनिंग सोल्यूशनची गुणवत्ता सुधारणे आणि प्रिकर्सर फॉर्मिंगचे घटक अनुकूल करणे हे उच्च-गुणवत्तेचे कार्बन फायबर तयार करण्याचे मुख्य मुद्दे बनतात.

"पॉलीक्रिलोनिट्रिल आधारित कार्बन फायबर प्रिकसरच्या उत्पादन प्रक्रियेवरील संशोधन" नुसार, स्पिनिंग प्रक्रियेमध्ये प्रामुख्याने तीन श्रेणींचा समावेश होतो: ओले स्पिनिंग, ड्राय स्पिनिंग आणि ड्राय वेट स्पिनिंग.सध्या, ओले कताई आणि कोरडे ओले कताई मुख्यतः देश आणि परदेशात पॉलीएक्रायलोनिट्रिल प्रिकर्सर तयार करण्यासाठी वापरले जातात, त्यापैकी ओले कताई सर्वात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते.

ओले स्पिनिंग प्रथम स्पिनरट छिद्रातून स्पिनिंग सोल्यूशन बाहेर काढते आणि स्पिनिंग सोल्यूशन लहान प्रवाहाच्या स्वरूपात कोग्युलेशन बाथमध्ये प्रवेश करते.पॉलीएक्रिलोनिट्रिल स्पिनिंग सोल्युशनची स्पिनिंग मेकॅनिझम अशी आहे की स्पिनिंग सोल्यूशन आणि कोग्युलेशन बाथमध्ये DMSO च्या एकाग्रतेमध्ये मोठे अंतर आहे आणि कोग्युलेशन बाथ आणि पॉलीएक्रिलोनिट्रिल सोल्यूशनमधील पाण्याच्या एकाग्रतेमध्ये देखील मोठे अंतर आहे.वरील दोन एकाग्रता फरकांच्या परस्परसंवादानुसार, द्रव दोन दिशांमध्ये पसरू लागतो आणि शेवटी वस्तुमान हस्तांतरण, उष्णता हस्तांतरण, टप्प्यात समतोल हालचाली आणि इतर प्रक्रियांद्वारे तंतुंमध्ये घनरूप होतो.

प्रिकर्सरच्या उत्पादनामध्ये, DMSO चे अवशिष्ट प्रमाण, फायबरचा आकार, मोनोफिलामेंट स्ट्रेंथ, मापांक, विस्तार, तेलाचे प्रमाण आणि उकळत्या पाण्याचे संकोचन हे प्रिकर्सरच्या गुणवत्तेवर परिणाम करणारे प्रमुख घटक बनतात.उदाहरण म्हणून DMSO ची अवशिष्ट रक्कम घेतल्यास, अंतिम कार्बन फायबर उत्पादनाच्या पूर्ववर्ती, क्रॉस-सेक्शन स्थिती आणि CV मूल्याच्या स्पष्ट गुणधर्मांवर त्याचा प्रभाव आहे.DMSO ची अवशिष्ट रक्कम जितकी कमी असेल तितकी उत्पादनाची कार्यक्षमता जास्त असेल.उत्पादनामध्ये, डीएमएसओ मुख्यतः वॉशिंगद्वारे काढून टाकले जाते, त्यामुळे धुण्याचे तापमान, वेळ, डिसल्ट केलेले पाण्याचे प्रमाण आणि वॉशिंग सायकलचे प्रमाण कसे नियंत्रित करावे हा एक महत्त्वाचा दुवा बनतो.

उच्च गुणवत्तेच्या पॉलीएक्रिलोनिट्रिल प्रिकर्सरमध्ये खालील वैशिष्ट्ये असावीत: उच्च घनता, उच्च स्फटिकता, योग्य ताकद, वर्तुळाकार क्रॉस सेक्शन, कमी शारीरिक दोष, गुळगुळीत पृष्ठभाग आणि एकसमान आणि दाट त्वचेची रचना.

कार्बनीकरण आणि ऑक्सिडेशनचे तापमान नियंत्रण ही मुख्य गोष्ट आहे.कार्बनायझेशन आणि ऑक्सिडेशन हे पूर्वगामीपासून कार्बन फायबर अंतिम उत्पादनांच्या निर्मितीसाठी आवश्यक पाऊल आहे.या चरणात, तापमानाची अचूकता आणि श्रेणी अचूकपणे नियंत्रित केली पाहिजे, अन्यथा, कार्बन फायबर उत्पादनांच्या तन्य शक्तीवर लक्षणीय परिणाम होईल आणि वायर तुटण्यास कारणीभूत ठरेल.

प्रीऑक्सिडेशन (200-300 ℃): प्रीऑक्सीडेशन प्रक्रियेमध्ये, PAN पूर्ववर्ती ऑक्सिडायझिंग वातावरणात एक विशिष्ट ताण लागू करून हळूहळू आणि सौम्यपणे ऑक्सिडाइझ केले जाते, पॅनच्या सरळ साखळीच्या आधारावर मोठ्या संख्येने रिंग स्ट्रक्चर्स तयार करतात. उच्च तापमान उपचार withstanding उद्देश साध्य.

कार्बनीकरण (जास्तीत जास्त तापमान 1000 ℃ पेक्षा कमी नाही): कार्बनीकरण प्रक्रिया निष्क्रिय वातावरणात केली पाहिजे.कार्बनीकरणाच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात, पॅन चेन तुटते आणि क्रॉसलिंकिंग प्रतिक्रिया सुरू होते;तापमानाच्या वाढीसह, थर्मल विघटन प्रतिक्रिया मोठ्या प्रमाणात लहान रेणू वायू सोडण्यास सुरवात करते आणि ग्रेफाइट रचना तयार होण्यास सुरवात होते;जेव्हा तापमान आणखी वाढले तेव्हा कार्बनचे प्रमाण झपाट्याने वाढले आणि कार्बन फायबर तयार होऊ लागले.

ग्राफिटायझेशन (2000 ℃ वरील उपचार तापमान): ग्राफिटायझेशन ही कार्बन फायबर उत्पादनासाठी आवश्यक प्रक्रिया नाही, परंतु एक पर्यायी प्रक्रिया आहे.कार्बन फायबरचे उच्च लवचिक मॉड्यूलस अपेक्षित असल्यास, ग्राफिटायझेशन आवश्यक आहे;कार्बन फायबरची उच्च शक्ती अपेक्षित असल्यास, ग्राफिटायझेशन आवश्यक नाही.ग्राफिटायझेशन प्रक्रियेत, उच्च तापमान फायबरला विकसित ग्रेफाइट जाळीची रचना बनवते आणि अंतिम उत्पादन मिळविण्यासाठी रचना रेखाचित्राद्वारे एकत्रित केली जाते.

उच्च तांत्रिक अडथळे डाउनस्ट्रीम उत्पादनांना उच्च जोडलेले मूल्य देतात आणि एव्हिएशन कंपोझिटची किंमत कच्च्या रेशीमपेक्षा 200 पट जास्त आहे.कार्बन फायबर तयार करण्याच्या उच्च अडचणामुळे आणि जटिल प्रक्रियेमुळे, उत्पादने जितकी अधिक डाउनस्ट्रीम होतील तितके जास्त मूल्य जोडले जाते.विशेषत: एरोस्पेस क्षेत्रात वापरल्या जाणार्‍या हाय-एंड कार्बन फायबर कंपोझिटसाठी, कारण डाउनस्ट्रीम ग्राहकांना त्याच्या विश्वासार्हता आणि स्थिरतेसाठी खूप कठोर आवश्यकता आहेत, उत्पादनाची किंमत देखील सामान्य कार्बन फायबरच्या तुलनेत भौमितिक बहुविध वाढ दर्शवते.


पोस्ट वेळ: जुलै-२२-२०२१