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【划重点】碳纤维制造过程中的温度检测技术


  来源: 福禄克公司 时间:2022-06-08 编辑:清风
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碳纤维简介


碳纤维(Carbon Fiber,简称CF),一种含碳量在95%以上微晶石墨材料,具有很多优良的特性,如质量比金属铝轻,强度却高于钢铁,耐腐蚀、高模量等等,是军工、航天等行业的重要材料。



碳纤维主要由碳元素组成,具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性。外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物,由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向,因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小,因此比强度和比模量高。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合,制造先进复合材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料,其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的。碳纤维直径只有5微米,相当于一根头发丝的十到十二分之一,强度却在铝合金4倍以上。耐高温性能也居所有化纤之首。


碳纤维的制造过程中,用腈纶和粘胶纤维做原料,经高温氧化碳化而成。工艺过程涉及到大量与温度相关的工艺控制环节,本文将介绍相关应用及解决方案。


碳纤维工艺流程总览


工业化生产碳纤维按原料路线可分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维 、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三大类,由聚丙烯腈纤维原丝制得的高性能碳纤维,产量约占全球碳纤维总产量的90%以上。不同碳纤维的工艺略有不同,但是都包括预氧化、氧化、碳化,石墨化等核心工艺,其间伴随的化学变化包括,脱氢、环化、预氧化、氧化及脱氧等。本部分以应用量最大的PAN基碳纤维工艺为例,进行详细的分析。


典型的PAN基碳纤维工艺流程图


1、原丝生产


碳纤维原丝carbon fiber precursor,又称碳纤维前驱体。指生产碳纤维用的聚合物原丝,是没经过碳化工艺处理的。


碳纤维原丝生产,一般会均匀分布数十束原丝在不锈钢滚轮上。在生产过程中可能会发生某一束原丝断裂的情况,客户希望监控断裂分发生并及时给出报警信号。由于丝束较细且断裂部位不确定,所以需要对整个滚轮上分布的原丝进行检测,并能给出实时的报警信号。


根据客户要求选择MP150LTR1红外线扫描仪,通过滚轮和原丝发射率不同造成的显示温度差,可以实现原丝断裂时实时报警。


推荐型号:MP150LT



2、预氧化


PAN原丝在180℃-300℃的热空气中进行保温0.5h到3h,聚丙烯腈纤维的颜色由白色逐渐变成黄色、棕色,最后形成黑色的预氧化纤维。是聚丙烯腈线性高分子受热氧化后,发生氧化、热解、交联、环化等一系列化学反应形成耐热梯型高分子的结果。


热风循环系统是工业预氧化炉中技术含量最高的部分,也是不同预氧化炉生产商提供的预氧化炉中差别最大的部分。而温度均匀性,控温精度又是预氧化炉的核心技术,因此对炉体内部工作空间的温度进行监测就显得尤为重要。


推荐型号:T40LT, MP150LT



3、碳化


PAN原丝经预氧化处理后转化为耐热梯形结构,再经过低温炭化(300~1000℃)和高温炭化(1000~1800℃)转化为具有乱层石墨结构的碳纤维。


低温碳化是指预氧化丝在300℃-1000℃的惰性气体保护下进行化学反应以热分解反应为主,纤维中的氮,氢,氧等非碳元素从稳定的聚合物中裂解出来。


关键词:碳纤维 制造 温度检测    浏览量:1544

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