કાર્બન ફાઇબર ઉદ્યોગનું ઊંડું વિશ્લેષણ: ઉચ્ચ વૃદ્ધિ, નવી સામગ્રીની વિશાળ જગ્યા અને ઉચ્ચ ગુણવત્તાનો ટ્રેક

21મી સદીમાં નવી સામગ્રીના રાજા તરીકે ઓળખાતા કાર્બન ફાઇબર, સામગ્રીમાં તેજસ્વી મોતી છે.કાર્બન ફાઇબર (CF) 90% થી વધુ કાર્બન સામગ્રી સાથે અકાર્બનિક ફાઇબરનો એક પ્રકાર છે.કાર્બનિક તંતુઓ (વિસ્કોસ આધારિત, પીચ આધારિત, પોલિએક્રાયલોનિટ્રિલ આધારિત રેસા, વગેરે) કાર્બન બેકબોન બનાવવા માટે ઊંચા તાપમાને પાયરોલાઈઝ્ડ અને કાર્બનાઇઝ્ડ થાય છે.

પ્રબલિત ફાઇબરની નવી પેઢી તરીકે, કાર્બન ફાઇબર ઉત્તમ યાંત્રિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો ધરાવે છે.તેમાં માત્ર કાર્બન સામગ્રીની સહજ લાક્ષણિકતાઓ જ નથી, પરંતુ ટેક્સટાઇલ ફાઇબરની નરમાઈ અને પ્રક્રિયાક્ષમતા પણ છે.તેથી, તે એરોસ્પેસ, ઊર્જા સાધનો, પરિવહન, રમતગમત અને લેઝર ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે

હલકો વજન: ઉત્તમ પ્રદર્શન સાથે વ્યૂહાત્મક નવી સામગ્રી તરીકે, કાર્બન ફાઇબરની ઘનતા લગભગ મેગ્નેશિયમ અને બેરિલિયમ જેટલી જ છે, જે સ્ટીલના 1/4 કરતા ઓછી છે.માળખાકીય સામગ્રી તરીકે કાર્બન ફાઇબર કમ્પોઝિટનો ઉપયોગ કરવાથી માળખાકીય વજનમાં 30% - 40% ઘટાડો થઈ શકે છે.

ઉચ્ચ શક્તિ અને ઉચ્ચ મોડ્યુલસ: કાર્બન ફાઇબરની ચોક્કસ તાકાત સ્ટીલ કરતાં 5 ગણી વધારે છે અને એલ્યુમિનિયમ એલોય કરતાં 4 ગણી વધારે છે;વિશિષ્ટ મોડ્યુલસ અન્ય માળખાકીય સામગ્રીના 1.3-12.3 ગણા છે.

નાના વિસ્તરણ ગુણાંક: મોટાભાગના કાર્બન તંતુઓનો થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક ઓરડાના તાપમાને 0, 200-400 ℃ પર અને માત્ર 1.5 1000 ℃ × 10-6 / K કરતા ઓછા તાપમાને નકારાત્મક છે, ઉચ્ચ કાર્યને કારણે વિસ્તરણ અને વિકૃત કરવું સરળ નથી. તાપમાન

સારી રાસાયણિક કાટ પ્રતિકાર: કાર્બન ફાઇબરમાં ઉચ્ચ શુદ્ધ કાર્બન સામગ્રી હોય છે, અને કાર્બન સૌથી સ્થિર રાસાયણિક તત્વોમાંનું એક છે, પરિણામે એસિડ અને આલ્કલી વાતાવરણમાં તેની ખૂબ જ સ્થિર કામગીરી છે, જે તમામ પ્રકારના રાસાયણિક વિરોધી કાટ ઉત્પાદનોમાં બનાવી શકાય છે.

મજબૂત થાક પ્રતિકાર: કાર્બન ફાઇબરનું માળખું સ્થિર છે.પોલિમર નેટવર્કના આંકડાઓ અનુસાર, તણાવ થાક પરીક્ષણના લાખો ચક્ર પછી, સંયુક્તની શક્તિ જાળવી રાખવાનો દર હજુ પણ 60% છે, જ્યારે સ્ટીલનો 40% છે, એલ્યુમિનિયમ 30% છે, અને ગ્લાસ ફાઇબર પ્રબલિત પ્લાસ્ટિક માત્ર 20% છે. % - 25%.

કાર્બન ફાઇબર કમ્પોઝિટ એ કાર્બન ફાઇબરનું પુનઃ મજબૂતીકરણ છે.જો કે કાર્બન ફાઇબરનો એકલા ઉપયોગ કરી શકાય છે અને તે ચોક્કસ કાર્ય ભજવે છે, તે એક બરડ સામગ્રી છે.જ્યારે તે મેટ્રિક્સ સામગ્રી સાથે કાર્બન ફાઇબર કમ્પોઝિટ બનાવવા માટે જોડાય છે ત્યારે જ તે તેના યાંત્રિક ગુણધર્મોને વધુ સારી રીતે ચલાવી શકે છે અને વધુ ભાર વહન કરી શકે છે.

કાર્બન ફાઇબરને વિવિધ પરિમાણો જેમ કે પૂર્વવર્તી પ્રકાર, ઉત્પાદન પદ્ધતિ અને કામગીરી અનુસાર વર્ગીકૃત કરી શકાય છે.

પુરોગામીના પ્રકાર અનુસાર: પોલિએક્રાયલોનિટ્રિલ (પાન) આધારિત, પીચ આધારિત (આઇસોટ્રોપિક, મેસોફેસ);વિસ્કોસ આધાર (સેલ્યુલોઝ આધાર, રેયોન આધાર).તેમાંથી, પોલિએક્રાયલોનિટ્રાઇલ (પાન) આધારિત કાર્બન ફાઇબર મુખ્ય પ્રવાહની સ્થિતિ ધરાવે છે, અને તેના ઉત્પાદનનો હિસ્સો કુલ કાર્બન ફાઇબરના 90% કરતા વધુ છે, જ્યારે વિસ્કોઝ આધારિત કાર્બન ફાઇબરનો હિસ્સો 1% કરતા ઓછો છે.

ઉત્પાદન શરતો અને પદ્ધતિઓ અનુસાર: કાર્બન ફાઈબર (800-1600 ℃), ગ્રેફાઈટ ફાઈબર (2000-3000 ℃), સક્રિય કાર્બન ફાઈબર, વરાળથી ઉગાડવામાં આવેલ કાર્બન ફાઈબર.

યાંત્રિક ગુણધર્મો અનુસાર, તેને સામાન્ય પ્રકાર અને ઉચ્ચ-પ્રદર્શન પ્રકારમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: સામાન્ય પ્રકારના કાર્બન ફાઇબરની મજબૂતાઈ લગભગ 1000MPa છે, અને મોડ્યુલસ લગભગ 100GPa છે;ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાના પ્રકારને ઉચ્ચ શક્તિ પ્રકાર (સ્ટ્રેન્થ 2000mPa, મોડ્યુલસ 250gpa) અને ઉચ્ચ મોડલ (મોડ્યુલસ 300gpa અથવા તેથી વધુ) માં વિભાજિત કરી શકાય છે, જેમાંથી 4000mpa કરતા વધારે તાકાતને અલ્ટ્રા-હાઈ સ્ટ્રેન્થ પ્રકાર પણ કહેવામાં આવે છે, અને મોડ્યુલસ 450gpa કરતા વધારે છે. અલ્ટ્રા-હાઈ મોડલ કહેવાય છે.

ટોના કદ અનુસાર, તેને નાના ટો અને મોટા ટોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: નાના ટો કાર્બન ફાઇબર પ્રારંભિક તબક્કે મુખ્યત્વે 1K, 3K અને 6K હોય છે, અને ધીમે ધીમે 12K અને 24Kમાં વિકસિત થાય છે, જેનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે એરોસ્પેસ, રમતગમતમાં થાય છે. અને લેઝર ક્ષેત્રો.48K, 60K, 80K, વગેરે સહિત, 48K થી ઉપરના કાર્બન ફાઈબરને સામાન્ય રીતે મોટા ટો કાર્બન ફાઈબર કહેવામાં આવે છે, જેનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે ઔદ્યોગિક ક્ષેત્રોમાં થાય છે.

કાર્બન ફાઇબરના ગુણધર્મોનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે તાણ શક્તિ અને તાણ મોડ્યુલસ એ બે મુખ્ય સૂચકાંકો છે.તેના આધારે, ચીને 2011 માં PAN આધારિત કાર્બન ફાઇબર (GB/t26752-2011) માટે રાષ્ટ્રીય ધોરણ જાહેર કર્યું. તે જ સમયે, વૈશ્વિક કાર્બન ફાઇબર ઉદ્યોગમાં Torayના ચોક્કસ અગ્રણી લાભને કારણે, મોટાભાગના સ્થાનિક ઉત્પાદકો પણ Torayના વર્ગીકરણ ધોરણને અપનાવે છે. સંદર્ભ તરીકે.

1.2 ઉચ્ચ અવરોધો ઉચ્ચ ઉમેરાયેલ મૂલ્ય લાવે છે.પ્રક્રિયામાં સુધારો કરવો અને મોટા પાયે ઉત્પાદન સાકાર કરવાથી ખર્ચમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થઈ શકે છે અને કાર્યક્ષમતામાં વધારો થઈ શકે છે

1.2.1 ઉદ્યોગનો ટેકનિકલ અવરોધ ઊંચું છે, પુરોગામી ઉત્પાદન મુખ્ય છે, અને કાર્બનીકરણ અને ઓક્સિડેશન મુખ્ય છે

કાર્બન ફાઇબરની ઉત્પાદન પ્રક્રિયા જટિલ છે, જેમાં ઉચ્ચ સાધનો અને ટેકનોલોજીની જરૂર પડે છે.દરેક લિંકની ચોકસાઇ, તાપમાન અને સમયનું નિયંત્રણ અંતિમ ઉત્પાદનની ગુણવત્તાને ખૂબ અસર કરશે.તેની પ્રમાણમાં સરળ તૈયારી પ્રક્રિયા, ઓછી ઉત્પાદન કિંમત અને ત્રણ કચરાના અનુકૂળ નિકાલને કારણે પોલીએક્રાયલોનિટ્રિલ કાર્બન ફાઈબર હાલમાં સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતું અને સૌથી વધુ આઉટપુટ કાર્બન ફાઈબર બની ગયું છે.મુખ્ય કાચો માલ પ્રોપેન ક્રૂડ ઓઈલમાંથી બનાવી શકાય છે, અને PAN કાર્બન ફાઈબર ઈન્ડસ્ટ્રી ચેઈનમાં પ્રાથમિક ઉર્જાથી લઈને ટર્મિનલ એપ્લિકેશન સુધીની સંપૂર્ણ ઉત્પાદન પ્રક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે.

ક્રૂડ ઓઈલમાંથી પ્રોપેન તૈયાર થયા પછી, પ્રોપેનના પસંદગીયુક્ત ઉત્પ્રેરક ડિહાઈડ્રોજનેશન (PDH) દ્વારા પ્રોપીલીન મેળવવામાં આવ્યું હતું;

પ્રોપિલિનના એમોક્સિડેશન દ્વારા એક્રેલોનિટ્રિલ મેળવવામાં આવ્યું હતું.પોલિએક્રિલોનિટ્રિલ (પાન) પુરોગામી પોલિમરાઇઝેશન અને એક્રેલોનિટ્રાઇલના કાંતણ દ્વારા મેળવવામાં આવ્યું હતું;

કાર્બન ફાઇબર મેળવવા માટે પોલિએક્રાયલોનિટ્રાઇલ પ્રી ઓક્સિડાઇઝ્ડ, કાર્બન ફાઇબર મેળવવા માટે નીચા અને ઊંચા તાપમાને કાર્બનાઇઝ્ડ છે, જે કાર્બન ફાઇબર કમ્પોઝીટના ઉત્પાદન માટે કાર્બન ફાઇબર ફેબ્રિક અને કાર્બન ફાઇબર પ્રિપ્રેગમાં બનાવી શકાય છે;

કાર્બન ફાઇબરને રેઝિન, સિરામિક્સ અને અન્ય સામગ્રી સાથે કાર્બન ફાઇબર કમ્પોઝીટ બનાવવા માટે જોડવામાં આવે છે.છેલ્લે, ડાઉનસ્ટ્રીમ એપ્લિકેશન્સ માટે અંતિમ ઉત્પાદનો વિવિધ મોલ્ડિંગ પ્રક્રિયાઓ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે;

પુરોગામીની ગુણવત્તા અને પ્રદર્શન સ્તર કાર્બન ફાઇબરની અંતિમ કામગીરીને સીધી રીતે નિર્ધારિત કરે છે.તેથી, સ્પિનિંગ સોલ્યુશનની ગુણવત્તામાં સુધારો કરવો અને પૂર્વવર્તી રચનાના પરિબળોને શ્રેષ્ઠ બનાવવું એ ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા કાર્બન ફાઇબર તૈયાર કરવાના મુખ્ય મુદ્દાઓ બની જાય છે.

"પોલીક્રીલોનિટ્રિલ આધારિત કાર્બન ફાઇબર પ્રિકર્સરની ઉત્પાદન પ્રક્રિયા પર સંશોધન" અનુસાર, સ્પિનિંગ પ્રક્રિયામાં મુખ્યત્વે ત્રણ શ્રેણીઓનો સમાવેશ થાય છે: વેટ સ્પિનિંગ, ડ્રાય સ્પિનિંગ અને ડ્રાય વેટ સ્પિનિંગ.હાલમાં, વેટ સ્પિનિંગ અને ડ્રાય વેટ સ્પિનિંગનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે દેશ અને વિદેશમાં પોલિએક્રાયલોનિટ્રિલ પ્રિકર્સર બનાવવા માટે થાય છે, જેમાંથી વેટ સ્પિનિંગનો સૌથી વધુ ઉપયોગ થાય છે.

વેટ સ્પિનિંગ પ્રથમ સ્પિનરેટ છિદ્રમાંથી સ્પિનિંગ સોલ્યુશનને બહાર કાઢે છે, અને સ્પિનિંગ સોલ્યુશન નાના પ્રવાહના સ્વરૂપમાં કોગ્યુલેશન બાથમાં પ્રવેશ કરે છે.પોલિએક્રાયલોનિટ્રિલ સ્પિનિંગ સોલ્યુશનની સ્પિનિંગ મિકેનિઝમ એ છે કે સ્પિનિંગ સોલ્યુશન અને કોગ્યુલેશન બાથમાં DMSO ની સાંદ્રતા વચ્ચે મોટો તફાવત છે, અને કોગ્યુલેશન બાથ અને પોલિએક્રાયલોનિટ્રિલ સોલ્યુશનમાં પાણીની સાંદ્રતા વચ્ચે પણ મોટો તફાવત છે.ઉપરોક્ત બે સાંદ્રતા તફાવતોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા હેઠળ, પ્રવાહી બે દિશામાં પ્રસરવાનું શરૂ કરે છે, અને અંતે માસ ટ્રાન્સફર, હીટ ટ્રાન્સફર, તબક્કા સંતુલન ચળવળ અને અન્ય પ્રક્રિયાઓ દ્વારા ફિલામેન્ટ્સમાં ઘનીકરણ થાય છે.

પુરોગામીના ઉત્પાદનમાં, DMSO ની અવશેષ રકમ, ફાઇબરનું કદ, મોનોફિલામેન્ટ મજબૂતાઈ, મોડ્યુલસ, વિસ્તરણ, તેલનું પ્રમાણ અને ઉકળતા પાણીનું સંકોચન પૂર્વવર્તીની ગુણવત્તાને અસર કરતા મુખ્ય પરિબળો બની જાય છે.DMSO ની અવશેષ રકમને ઉદાહરણ તરીકે લેતા, તે અંતિમ કાર્બન ફાઇબર ઉત્પાદનના પુરોગામી, ક્રોસ-સેક્શન સ્ટેટ અને CV મૂલ્યના દેખીતા ગુણધર્મો પર પ્રભાવ ધરાવે છે.DMSO ની અવશેષ રકમ જેટલી ઓછી છે, ઉત્પાદનનું પ્રદર્શન વધારે છે.ઉત્પાદનમાં, DMSO મુખ્યત્વે ધોવા દ્વારા દૂર કરવામાં આવે છે, તેથી ધોવાનું તાપમાન, સમય, ડિસેલ્ટેડ પાણીની માત્રા અને ધોવાના ચક્રની માત્રાને કેવી રીતે નિયંત્રિત કરવી તે એક મહત્વપૂર્ણ કડી બની જાય છે.

ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા પોલિએક્રાયલોનિટ્રિલ પ્રિકર્સરમાં નીચેની લાક્ષણિકતાઓ હોવી જોઈએ: ઉચ્ચ ઘનતા, ઉચ્ચ સ્ફટિકીયતા, યોગ્ય તાકાત, ગોળ ક્રોસ વિભાગ, ઓછી શારીરિક ખામીઓ, સરળ સપાટી અને સમાન અને ગાઢ ત્વચાની મુખ્ય રચના.

કાર્બનાઇઝેશન અને ઓક્સિડેશનનું તાપમાન નિયંત્રણ એ ચાવી છે.કાર્બનાઇઝેશન અને ઓક્સિડેશન એ પુરોગામીમાંથી કાર્બન ફાઇબર અંતિમ ઉત્પાદનોના ઉત્પાદનમાં આવશ્યક પગલું છે.આ પગલામાં, તાપમાનની ચોકસાઈ અને શ્રેણીને સચોટપણે નિયંત્રિત કરવી જોઈએ, અન્યથા, કાર્બન ફાઈબર ઉત્પાદનોની તાણ શક્તિ નોંધપાત્ર રીતે પ્રભાવિત થશે, અને વાયર તૂટવા તરફ દોરી જશે.

પ્રીઓક્સિડેશન (200-300 ℃): પ્રીઓક્સિડેશન પ્રક્રિયામાં, PAN પુરોગામી ઓક્સિડાઇઝિંગ વાતાવરણમાં ચોક્કસ તાણ લાગુ કરીને ધીમે ધીમે અને હળવા ઓક્સિડાઇઝ્ડ થાય છે, પાન સીધી સાંકળના આધારે મોટી સંખ્યામાં રિંગ સ્ટ્રક્ચર્સ બનાવે છે, જેથી ઉચ્ચ તાપમાનની સારવારનો સામનો કરવાનો હેતુ પ્રાપ્ત કરો.

કાર્બનાઇઝેશન (મહત્તમ તાપમાન 1000 ℃ કરતા ઓછું નથી): કાર્બનાઇઝેશન પ્રક્રિયા નિષ્ક્રિય વાતાવરણમાં થવી જોઈએ.કાર્બનાઇઝેશનના પ્રારંભિક તબક્કામાં, પાન સાંકળ તૂટી જાય છે અને ક્રોસલિંકિંગ પ્રતિક્રિયા શરૂ થાય છે;તાપમાનના વધારા સાથે, થર્મલ વિઘટન પ્રતિક્રિયા મોટી સંખ્યામાં નાના પરમાણુ વાયુઓ છોડવાનું શરૂ કરે છે, અને ગ્રેફાઇટ માળખું રચવાનું શરૂ કરે છે;જ્યારે તાપમાન વધુ વધ્યું, ત્યારે કાર્બનનું પ્રમાણ ઝડપથી વધ્યું અને કાર્બન ફાઇબર બનવાનું શરૂ થયું.

ગ્રેફિટાઇઝેશન (2000 ℃ ઉપર સારવાર તાપમાન): ગ્રાફિટાઇઝેશન એ કાર્બન ફાઇબર ઉત્પાદન માટે જરૂરી પ્રક્રિયા નથી, પરંતુ વૈકલ્પિક પ્રક્રિયા છે.જો કાર્બન ફાઇબરના ઉચ્ચ સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસની અપેક્ષા હોય, તો ગ્રાફિટાઇઝેશનની જરૂર છે;જો કાર્બન ફાઇબરની ઊંચી તાકાત અપેક્ષિત હોય, તો ગ્રાફિટાઇઝેશન જરૂરી નથી.ગ્રાફિટાઇઝેશન પ્રક્રિયામાં, ઉચ્ચ તાપમાન ફાઇબરને વિકસિત ગ્રેફાઇટ મેશ માળખું બનાવે છે, અને અંતિમ ઉત્પાદન મેળવવા માટે રચનાને ડ્રોઇંગ દ્વારા સંકલિત કરવામાં આવે છે.

ઉચ્ચ તકનીકી અવરોધો ડાઉનસ્ટ્રીમ ઉત્પાદનોને ઉચ્ચ વધારાના મૂલ્ય સાથે સમર્થન આપે છે, અને ઉડ્ડયન સંયોજનોની કિંમત કાચા સિલ્ક કરતાં 200 ગણી વધારે છે.કાર્બન ફાઇબરની તૈયારી અને જટિલ પ્રક્રિયાની ઉચ્ચ મુશ્કેલીને લીધે, ઉત્પાદનો જેટલા ડાઉનસ્ટ્રીમ હશે, તેટલું વધારે મૂલ્ય ઉમેરાશે.ખાસ કરીને એરોસ્પેસ ફિલ્ડમાં વપરાતા હાઇ-એન્ડ કાર્બન ફાઇબર કમ્પોઝીટ માટે, કારણ કે ડાઉનસ્ટ્રીમ ગ્રાહકોને તેની વિશ્વસનીયતા અને સ્થિરતા માટે ખૂબ જ કડક આવશ્યકતાઓ હોય છે, ઉત્પાદનની કિંમત પણ સામાન્ય કાર્બન ફાઇબરની તુલનામાં ભૌમિતિક બહુવિધ વૃદ્ધિ દર્શાવે છે.