Weihai Snowwing Outdoor Equipment., Ltd.
Kwaliteit is de siel fan 'e ûndernimming

Hoe wurdt koalstoffiber makke?

Hoe wurdt koalstoffiber makke?

De fabrikaazje, gebrûk en takomst fan dit sterke, lichtgewicht materiaal

Ek wol grafytfaser of koalstofgrafyt neamd, koalstoffaser bestiet út tige tinne stringen fan it elemint koalstof. Dizze fezels hawwe hege treksterkte en binne ekstreem sterk foar har grutte. Eins wurdt ien foarm fan koalstoffaser - de koalstofnanobuis - beskôge as it sterkste materiaal dat beskikber is. Tapassingen fan koalstoffaser omfetsje bou, engineering, loftfeart, auto's mei hege prestaasjes, sportapparatuer, en muzykynstruminten. Op it mêd fan enerzjy wurdt koalstoffaser brûkt yn 'e produksje fan wynmûneblêden, opslach fan ierdgas en brânstofsellen foar ferfier. Yn 'e fleantúchyndustry hat it tapassingen yn sawol militêre as kommersjele fleantugen, lykas unbemanne loftauto's. Foar oaljeferkenning wurdt it brûkt by de fabrikaazje fan djipwetterboarplatfoarms en buizen.

Fast Facts: Carbon Fiber Statistics

  • Elke strân fan koalstoffaser is fiif oant 10 mikrons yn diameter. Om jo in gefoel te jaan hoe lyts dat is, is ien mikron (um) 0,000039 inch. In inkele strân fan spinnewebside is normaal tusken trije oant acht mikron.
  • Koalstoffezels binne twa kear sa stiif as stiel en fiif kear sa sterk as stiel, (per ienheid fan gewicht). Se binne ek tige gemysk resistint en hawwe hege temperatuertolerânsje mei lege termyske útwreiding.

Grûnstoffen
Koalstoffaser wurdt makke fan organyske polymers, dy't besteane út lange stringen fan molekulen dy't byinoar hâlden wurde troch koalstofatomen. De measte koalstoffezels (sawat 90%) wurde makke fan it polyacrylonitrile (PAN) proses. In lyts bedrach (sawat 10%) wurdt makke fan rayon as it petroleumpitchproses.

Gassen, floeistoffen en oare materialen brûkt yn it produksjeproses meitsje spesifike effekten, kwaliteiten en kwaliteiten fan koalstoffaser. Koalstoffaserfabrikanten brûke proprietêre formules en kombinaasjes fan grûnstoffen foar de materialen dy't se produsearje en yn 't algemien behannelje se dizze spesifike formulearringen as hannelsgeheimen.

De heechste graad fan koalstoffaser mei de meast effisjinte modulus (in konstante of koëffisjint brûkt om in numerike graad út te drukken wêryn in stof in bepaalde eigenskip hat, lykas elastisiteit) eigenskippen wurde brûkt yn easken tapassingen lykas loftfeart.

Fabrikaazje proses
It meitsjen fan koalstoffaser omfettet sawol gemyske as meganyske prosessen. Grûnstoffen, bekend as foarrinners, wurde lutsen yn lange stringen en dan ferwaarme ta hege temperatueren yn in anaerobe (soerstoffrije) omjouwing. Yn plak fan te ferbaarnen, soarget de ekstreme waarmte dat de fiberatomen sa heftich trilje dat hast alle net-koalstofatomen útstutsen wurde.

Nei it karbonisaasjeproses is foltôge, is de oerbleaune glêstried opboud út lange, strak ferbûne koalstofatomketten mei in pear of gjin net-koalstofatomen oerbleaun. Dizze fezels wurde dêrnei weefd yn stof of kombineare mei oare materialen dy't dan filament wurde wûn of getten yn 'e winske foarmen en maten.

De folgjende fiif segminten binne typysk yn it PAN-proses foar it meitsjen fan koalstoffaser:

  • Spinning. PAN wurdt mingd mei oare yngrediïnten en spûnen yn fezels, dy't dan wosken en útwreide wurde.
  • Stabilisearjen. De fezels ûndergeane gemyske feroaring om de bonding te stabilisearjen.
  • Carbonizing. Stabilisearre fezels wurde ferwaarme oant heul hege temperatuer en foarmje strak bûnte koalstofkristallen.
  • Behanneling fan it oerflak. It oerflak fan 'e fezels wurdt oksidearre om bâneigenskippen te ferbetterjen.
  • Sizing. Fibers wurde bedekt en wûn op klossen, dy't wurde laden op spinmasines dy't de fezels yn ferskillende grutte garens draaie. Yn plak fan yn stoffen te weven, kinne fezels ek wurde foarme yn gearstalde materialen, mei help fan waarmte, druk, as in fakuüm om fezels tegearre mei in plestik polymeer te binen.

Koalstof nanotubes wurde makke fia in oar proses dan standert koalstoffezels. Skatte om 20 kear sterker te wêzen as har foarrinners, nanotubes wurde smeid yn ovens dy't lasers brûke om koalstofdieltsjes te ferdampen.

Manufacturing Challenges
De fabrikaazje fan koalstoffezels hat in oantal útdagings, ynklusyf:

  • De needsaak foar mear kosten-effektive herstel en reparaasje
  • Net-duorsume produksjekosten foar guon tapassingen: Bygelyks, ek al is nije technology ûnder ûntwikkeling, fanwegen ferbeane kosten, is it gebrûk fan koalstoffaser yn 'e auto-yndustry op it stuit beheind ta hege prestaasjes en lúkse auto's.
  • It proses fan oerflakbehanneling moat soarchfâldich regele wurde om foar te kommen it meitsjen fan pits dy't resultearje yn defekte fezels.
  • Nauwe kontrôle nedich om konsekwinte kwaliteit te garandearjen
  • Sûnens- en feiligensproblemen ynklusyf hûd- en sykheljen irritatie
  • Arcing en koarte broek yn elektryske apparatuer troch de sterke elektro-gelieding fan koalstoffezels

Future of Carbon Fiber
As koalstoffasertechnology trochgiet te evoluearjen, sille de mooglikheden foar koalstoffaser allinich diversifisearje en tanimme. By Massachusetts Institute of Technology toane ferskate stúdzjes dy't rjochte binne op koalstoffaser al in protte belofte foar it meitsjen fan nije produksjetechnology en ûntwerp om te foldwaan oan opkommende fraach fan 'e yndustry.

MIT Associate Professor of Mechanical Engineering John Hart, in nanotube-pionier, hat gearwurke mei syn studinten om de technology foar fabrikaazje te transformearjen, ynklusyf it sjen nei nije materialen dy't wurde brûkt yn kombinaasje mei kommersjele 3D-printers. “Ik frege har om folslein út 'e rails te tinken; as se in 3D-printer betinke kinne dy't noch noait earder makke is of in nuttich materiaal dat net kin wurde printe mei hjoeddeistige printers," ferklearre Hart.

De resultaten wiene prototypemasines dy't smolten glês, soft-serve-iis printe - en koalstoffaserkompositen. Neffens Hart makken studinteteams ek masines dy't "parallelle extrusion fan polymers mei grut gebiet" koene omgean en "in situ optyske skennen" fan it printproses útfiere.

Derneist wurke Hart mei MIT Associate Professor of Chemistry Mircea Dinca oan in koartlyn ôfsletten trijejierrige gearwurking mei Automobili Lamborghini om de mooglikheden te ûndersiikjen fan nije koalstoffaser en gearstalde materialen dy't ien dei net allinich "it folsleine lichem fan 'e auto kinne wurde brûkt as batterijsysteem," mar liede ta "lichtere, sterkere lichems, effisjinter katalytyske converters, tinnere ferve, en ferbettere waarmte-oerdracht fan power-train [algemien]."

Mei sokke prachtige trochbraken oan 'e hoarizon, is it gjin wûnder dat de merk foar koalstoffaser is projekteare om te groeien fan $ 4.7 miljard yn 2019 nei $ 13.3 miljard yn 2029, mei in gearstalde jierlikse groei (CAGR) fan 11.0% (of wat heger) oer deselde perioade fan tiid.

Boarnen

  • McConnell, Vicki. "It meitsjen fan koalstoffiber." CompositeWorld. 19 desimber 2008
  • Sherman, Don. "Beyond Carbon Fiber: It folgjende trochbraakmateriaal is 20 kear sterker." Auto en bestjoerder. 18 maart 2015
  • Randall, Danielle. "MIT-ûndersikers wurkje gear mei Lamborghini om in elektryske auto fan 'e takomst te ûntwikkeljen." MITMECHE / Yn it nijs: ôfdieling Skiekunde. 16 novimber 2017
  • Carbon Fiber Market troch grûnstof (PAN, Pitch, Rayon), Fiber Type (Virgin, Recycled), Product Type, Modulus, Applikaasje (Composite, Non-composite), End-use Industry (A & D, Automotive, Wind Energy) ), en Regio-Globale prognose oant 2029. MarketsandMarkets™. septimber 2019

Post tiid: Jul-28-2021