Prečo sa plsť z uhlíkových vlákien stáva preferovanou voľbou pre vysokovýkonné materiály v rôznych oblastiach
Plstení uhlíkových vlákien , so svojimi kompozitnými vlastnosťami ľahkej hmotnosti, vysokej teploty odporu a vysokej pevnosti, sa stala kľúčovou alternatívou k tradičným materiálom v oblasti ochrany životného prostredia, energie, letectva a iných polí. Jej základné výhody pramenia z jej jedinečnej štruktúry a zloženia: pórovitá sieť tvorená nepokojne vzájomne prepletené uhlíkové vlákna nielen zachováva vysokú pevnosť samotných uhlíkových vlákien (pevnosť v ťahu až 3 000 mPa alebo viac), ale má tiež vynikajúcu priepustnosť vzduchu a adsorpciu v dôsledku svojej pórovitosti (zvyčajne 40%-80%). Pokiaľ ide o hmotnosť, plsť z uhlíkových vlákien má hustotu iba 1,6-2,0 g/cm3, menej ako štvrtina ocele, ale môže vydržať teploty nad 2000 ℃, čo ďaleko presahuje limit tepelného odporu kovových materiálov. Vďaka tejto charakteristike je vhodná pre vysokoteplotné filtračné aplikácie (ako napríklad priemyselné ošetrenie plynným plynom s priemyselným pecom), kde môže tolerovať teploty s vysokým plynným plynom a zároveň zachytiť častice prostredníctvom jeho poréznej štruktúry. V energetickom sektore, ak sa používa ako substrát elektródy batérie, môže súčasne uspokojiť potreby vodivosti a priepustnosti elektrolytov. Plse z uhlíkových vlákien navyše vykazuje mimoriadne silnú chemickú stabilitu a ťažko reaguje s kyselinami alebo alkalismi, s výnimkou niekoľkých silných oxidantov, vďaka čomu je vhodná na dlhodobé použitie v korozívnych prostrediach. V porovnaní s alternatívnymi materiálmi, ako sú plsti sklenené vlákniny, má lepšiu odolnosť proti únave a je menej náchylná na ohromenie a zlomeninu po opakovanom strese, a tak zaberá nenahraditeľnú polohu v špičkových aplikáciách vyžadujúcich výkonnosť aj dlhovekosť.
Testovanie účinnosti a aplikácia uhlíkových vlákien pociťovaných vo vysokoteplotnej filtrácii dymu
V scenároch filtrácie dymu, ako sú priemyselné pece a spaľovanie odpadu, je potrebné filtrácia účinnosť a stabilita plsti z uhlíkových vlákien overiť pomocou štandardizovaných testov. Bežne používanou testovacou metódou je „experiment simulácie plynu s vysokým teplotou spaliny“: fixujte 5-10 mm hrubú vzorku uhlíkových vlákien vo filtračnom zariadení, zavádzajte simulované čalúnené plyny obsahujúce častice s priemerom 0,1-10 μm (teplota nastavená na 800-1200 ℃ 1,5-2 m/s) a zmerajte koncentráciu častíc pred a po filtrácii po 24 hodinách. Kvalifikovaným štandardom je, že účinnosť filtrácie pre častice väčšie ako 0,3 μm je ≥99% a zvýšenie odporu filtrácie nepresahuje 30% pôvodnej hodnoty. V praktických aplikáciách je potrebné vyberať metódy liečby podľa zloženia spalín: pre spalinové plyny obsahujúce kyslé plyny (ako je napríklad hmla kyseliny sírovej) by sa na zvýšenie odolnosti proti korózii pomocou povrchovej modifikácie použila plsť z uhlíkových vlákien ošetrených uhlíkom ošetrené silánom; V prípade scenárov obsahujúcich mastné častice by sa plsné telo malo ošetrovať hydrofóbnym povlakom, aby sa zabránilo zablokovaniu pórov. Počas inštalácie je potrebné vyrábať plsť z uhlíkových vlákien do skladaných vreciek na filtrovanie, aby sa zvýšila oblasť filtrácie a zároveň znižovala odpor vzduchu s rozstupom 10-15 cm medzi filtračnými vrecami, aby sa zabezpečilo rovnomerný priechod spalín. Počas používania by sa malo každé 3 až 6 mesiacov vykonávať čistenie chrbta s vysokým teplotou (s použitím 200-300 ℃ stlačeného vzduchu na spätné čistenie), aby sa odstránili častice pripevnené k povrchu a udržali stabilitu účinnosti filtrácie.
Porovnávacia analýza odolnosti proti korózii medzi plsťou z uhlíkových vlákien a plťom zo sklenených vlákien
Rozdiel v odolnosti proti korózii medzi plsťou z uhlíkových vlákien a plsti sklenenými vláknami sa odráža hlavne v chemickej stabilite a adaptabilite životného prostredia a výber by mal byť založený na stredných charakteristikách scenára použitia. V kyslom prostredí (ako je čistenie priemyselných odpadových vôd s pH 2-4) vykazuje plsť uhlíkových vlákien významné výhody: jej hlavnou zložkou je uhlík, ktorý má silnú chemickú zotrvačnosť. Ak je v dlhodobom kontakte s neoxidujúcimi kyselinami, ako je kyselina hydrochlorovodíková a kyselina sírová, miera straty hmotnosti je nižšia ako 1% ročne, zatiaľ čo plsť sklenených vlákien (obsahujúca oxid kremíka) bude korodovaná kyselinou v dôsledku chalkingu v dôsledku chalingu kremíka. V alkalických prostrediach (ako sú napríklad systémy desulfurizácie plynov s pH 10-12), odolnosť proti korózii je relatívne podobná, ale uhlíkové vlákniny majú lepšiu anti-prázdnemu schopnosti-plsť z vlákien z skla vlákien bude postupne strácať tvrdosť pri dlhodobom pôsobení v prípade dlhodobého pôsobenia v 80%ako 80%. V prostrediach obsahujúcich fluoridy (ako je ošetrenie odpadových plynov v elektrolytických bunkách rastlín hliníka) je tolerancia plsti uhlíkovými vláknami oveľa lepšia ako zóna plsti sklenených vlákien, pretože fluoridové ióny budú reagovať so kremíkom v skle za vzniku plynného fluoridu kremíka, čo vedie k degradácii materiálu, zatiaľ čo uhlíkové vlákna s ňou nereagujú. Okrem toho je plsť z uhlíkových vlákien ťažko ovplyvnená organickými rozpúšťadlami (ako je toluén a acetón), zatiaľ čo živicová povlaky pocitu sklenených vlákien sa môže rozpustiť, čo má za následok voľnú štruktúru.
Kľúčové body v technológii spracovania a rezania pre substráty elektródy z uhlíkových vlákien
Pri spracovaní uhlíkových vlákien sa cítili do substrátov elektród batérie, presnosť rezu a povrchové ošetrenie priamo ovplyvňujú výkon elektródy, čo si vyžaduje prísnu kontrolu detailov procesu. Pred rezaním je potrebné predbežne liečiť plsť uhlíkových vlákien: ležte v prostredí s teplotou 20-25 ℃ a vlhkosťou 40%-60% počas 24 hodín, aby ste odstránili vnútorný stres v materiáli a pred rezaním sa predišlo deformácii. Na rezanie by sa mali používať stroje na rezanie laserom, s laserovým výkonom nastaveným na 50-80 W a rýchlosť rezania 50-100 mm/s. Táto metóda sa môže vyhnúť vylučovaniu vlákien spôsobených mechanickým rezaním a zároveň sa rezná hrana roztaví okamžite vysokou teplotou, čím sa vytvorí hladká utesnená hrana, čím sa pri následnom použití znižuje odlupovanie nečistôt vlákien. Chyba rezania by sa mala riadiť v rámci ± 0,1 mm, najmä pre substráty používané v laminovaných batériách. Nadmerná odchýlka veľkosti povedie k zlému zarovnaniu elektród a ovplyvní účinnosť náboja disklantu. Po rezaní je potrebné ošetrenie na aktiváciu povrchu: namočte uhlíkové vlákniny pociťované 5%-10% roztokom kyseliny dusičnej, upravte ho po 60 ℃ po dobu 2 hodín, vytiahnite ju a opláchnite ho deionizovanou vodou, kým nie je neutrálna. Po vyschnutí sa môže počet povrchových hydroxylových skupín zvýšiť o viac ako 30%, čím sa zvýši lepiaca sila s elektródovými aktívnymi materiálmi. Ošetrený substrát by mal byť potiahnutý elektródami do 48 hodín, aby sa zabránilo degradácii povrchovej aktivity v dôsledku dlhodobej expozície.
Ovplyvniť zákon o hrúbke izolácie uhlíkových vlákien na hrúbku tepelného izolácie
Ak sa plsť z uhlíkových vlákien používa ako izolačná vrstva zariadenia s vysokým teplotou, vzťah medzi jeho hrúbkou a tepelným izolačným účinkom je nelineárny a musí byť vedecky navrhnutý podľa pracovnej teploty zariadenia. V rozsahu od teploty miestnosti do 500 °, efekt tepelnej izolácie sa výrazne zlepšuje so zvýšením hrúbky: keď sa hrúbka zvyšuje z 5 mm na 20 mm, tepelná vodivosť sa zvyšuje z 0,05 W/(m · K) na 0,02 W/(m · k) a tepelná izolačná výkon prenos. Keď teplota presahuje 800 ℃, vplyv hrúbky na tepelný izolačný efekt oslabí-pri zvyšovaní z 20 mm na 30 mm, tepelná vodivosť klesá iba o 5%-8%, pretože tepelné žiarenie sa stáva hlavným režimom prenosu tepla pri vysokých teplotách a jednoduchým zvýšením hrúbky a jednoduchým zvýšením hrúbky a jednoduchým zvýšením hrúbky na zníženie prenosu tepla žiarenia. V praktických aplikáciách je potrebné zvoliť kompozitné štruktúry podľa pracovnej teploty: jediná vrstva plsti z uhlíkových vlákien sa môže použiť pod 500 ℃ s hrúbkou 10-15 mm; Pre 800-1200 ℃ je potrebná kompozitná štruktúra „reflexnej vrstvy z uhlíkových vlákien“, to znamená, že každá 10 mm plsť z uhlíkových vlákien sa zhoduje s reflexnou vrstvou hliníkovej fólie, ktorá využíva reflexnú vrstvu na blokovanie žiarenia tepla. V tejto dobe môže celková hrúbka riadená pri 20 až 25 mm dosiahnuť ideálny efekt a nadmerná hrúbka zvýši zaťaženie zariadenia. Počas inštalácie je potrebné zabezpečiť, aby bola izolačná vrstva plynulá, s prekrývaním 5-10 mm v kĺboch a pripevnená k vysokej teplote odolného voči niťovým prešívaním, aby sa zabránilo preniknutiu horúceho vzduchu cez medzery.
Metódy implementácie na zvýšenie sily uhlíkových vlákien porazených chemickým ošetrením
Aby sa zvýšila sila uhlíkových vlákien, ktorá pociťuje chemické ošetrenie, je potrebné prijať proces vyvíjania impregnácie na posilnenie celkovej štruktúry, zameranej na slabú spojovaciu silu medzi jeho vláknami. Bežne používanou metódou je ošetrenie impregnácie živice: Vyberte epoxidovú živicu rezistentnú na vysokej teplote (teplotná rezistencia ≥ 200 minúty, aby sa zabezpečilo, že živica úplne prenikne do pórov. Vyberte ho a vytlačte ho pomocou valca, aby ste kontrolovali obsah živicu na 30%-40% plstenej hmotnosti (prebytok zvýši hmotnosť, zatiaľ čo nedostatočný obmedzí účinok posilňovania), potom ho pred vytvorením v peci pri 120 ℃ počas 1 hodiny, a potom ju zahrieva na 180 ℃ na vytvrdzovanie počas 2 hodín, takže revízna forma vytvára trojčlennú sieť, aby pevne spojila uhlíkové vlákna. Po tomto ošetrení môže byť pevnosť v ťahu uhlíkových vlákien zvýšená o 50%-80%a odolnosť proti slzám sa výrazne zlepšila. V prípade scenárov, ktoré si vyžadujú vyššiu pevnosť, sa môže použiť ošetrenie modifikácie nanotrubíc uhlíkových nanotrubíc: Namočte uhlíkové vlákniny pociťované v disperzii uhlíkových nanotrubíc (koncentrácia 0,5%-1%), vykonajte ultrazvukové ošetrenie po dobu 30 minút, aby sa uhlíkové nanorúrky priľnali o povrch vlákna, potom sa karbonizovali pri 800 ℃ počas 1 hodiny v rámci ochrany inertného plynu. Uhlíkové nanotrubice budú medzi vláknami tvoriť štruktúru „premostenia“, čím sa ďalej zlepšuje pevnosť a zároveň zachováva vysoký teplotu materiálu. Ošetrené uhlíkové vlákno musí podstúpiť testovanie sily, aby sa zabezpečilo, že pevnosť v ťahu je ≥ 50 MPa, čo spĺňa požiadavky na štrukturálne ložisko.
Predchádzajúce
