Mengapa serat karbon dirasakan menjadi pilihan pilihan untuk bahan berprestasi tinggi dalam pelbagai bidang
Serat karbon dirasakan , dengan sifat kompositnya ringan, rintangan suhu tinggi, dan kekuatan yang tinggi, telah menjadi alternatif utama kepada bahan tradisional dalam perlindungan alam sekitar, tenaga, aeroangkasa, dan bidang lain. Kelebihan terasnya berasal dari struktur dan komposisinya yang unik: rangkaian berliang yang dibentuk oleh gentian karbon yang tidak disengajakan tidak hanya mengekalkan kekuatan tinggi gentian karbon sendiri (kekuatan tegangan sehingga 3000MPa atau lebih) tetapi juga mempunyai kebolehtelapan udara yang sangat baik dan penjerapan kerana porositasnya (biasanya 40%-80%). Dari segi berat badan, serat karbon yang dirasakan mempunyai ketumpatan hanya 1.6-2.0g/cm³, kurang daripada satu perempat daripada keluli, namun ia dapat menahan suhu di atas 2000 ℃, jauh melebihi batas rintangan haba bahan logam. Ciri ini menjadikannya sesuai untuk aplikasi penapisan suhu tinggi (seperti rawatan gas seram industri), di mana ia boleh bertolak ansur dengan suhu gas serabut yang tinggi sambil memintas zarah melalui struktur berliangnya. Dalam sektor tenaga, apabila digunakan sebagai substrat elektrod bateri, ia secara serentak dapat memenuhi keperluan kekonduksian dan kebolehtelapan elektrolit. Di samping itu, serat karbon merasakan mempamerkan kestabilan kimia yang sangat kuat dan tidak bertindak balas dengan asid atau alkali kecuali beberapa oksidan yang kuat, menjadikannya sesuai untuk kegunaan jangka panjang dalam persekitaran yang mengakis. Berbanding dengan bahan-bahan alternatif seperti serat kaca, ia mempunyai rintangan keletihan yang lebih baik dan kurang terdedah kepada pelengkap dan patah selepas tekanan berulang, dengan itu menduduki kedudukan yang tidak dapat digantikan dalam aplikasi mewah yang memerlukan kedua-dua prestasi dan umur panjang.
Ujian Kecekapan dan Penggunaan Serat Karbon Rasa dalam Penapisan Asap Suhu Tinggi
Dalam senario penapisan asap suhu tinggi seperti tanur industri dan pembakaran sisa, kecekapan penapisan dan kestabilan serat karbon dirasakan perlu disahkan melalui ujian piawai. Kaedah ujian yang biasa digunakan ialah "percubaan simulasi gas serabut suhu tinggi": Betulkan sampel serat karbon tebal 5-10mm dalam peranti penapisan, memperkenalkan gas serombong simulasi yang mengandungi zarah dengan diameter 0.1-10μm (suhu ditetapkan hingga 800-1200 ℃, kadar aliran 1.5-2m/s) Standard yang berkelayakan ialah kecekapan penapisan untuk zarah yang lebih besar daripada 0.3μm adalah ≥99%, dan peningkatan rintangan penapisan tidak melebihi 30% daripada nilai awal. Dalam aplikasi praktikal, kaedah rawatan perlu dipilih mengikut komposisi gas serombong: untuk gas serombong yang mengandungi gas berasid (seperti kabut asid sulfurik), serat karbon yang dirawat silane harus digunakan untuk meningkatkan rintangan kakisan melalui pengubahsuaian permukaan; Untuk senario yang mengandungi zarah berminyak, badan yang dirasakan harus dirawat dengan salutan hidrofobik untuk mengelakkan penyumbatan liang. Semasa pemasangan, serat karbon merasakan perlu dibuat ke dalam beg penapis berlipat untuk meningkatkan kawasan penapisan sambil mengurangkan rintangan udara, dengan jarak 10-15cm antara beg penapis untuk memastikan laluan seragam gas seragam. Semasa penggunaan, pembersihan belakang suhu tinggi (menggunakan udara termampat 200-300 ℃ untuk pembersihan terbalik) hendaklah dilakukan setiap 3-6 bulan untuk menghilangkan zarah yang dilampirkan pada permukaan dan mengekalkan kestabilan kecekapan penapisan.
Analisis perbandingan rintangan kakisan antara serat karbon dirasakan dan serat kaca dirasakan
Perbezaan ketahanan kakisan antara serat karbon yang dirasakan dan serat kaca dirasakan terutamanya dicerminkan dalam kestabilan kimia dan kebolehsuaian alam sekitar, dan pemilihan harus berdasarkan ciri -ciri sederhana senario penggunaan. Dalam persekitaran berasid (seperti rawatan air sisa perindustrian dengan pH 2-4), serat karbon dirasakan menunjukkan kelebihan yang ketara: komponen utamanya adalah karbon, yang mempunyai inertness kimia yang kuat. Apabila dalam hubungan jangka panjang dengan asid yang tidak oksida seperti asid hidroklorik dan asid sulfurik, kadar penurunan berat badan kurang daripada 1% setahun, manakala serat kaca dirasakan (mengandungi silikon dioksida) akan dikorodkan oleh asid kerana ikatan silikon-oksin, dengan kadar penurunan berat 5% -8% per tahun. Dalam persekitaran alkali (seperti sistem desulfurisasi gas serombong dengan pH 10-12), rintangan kakisan kedua-duanya adalah agak sama, tetapi serat karbon dirasakan mempunyai keupayaan anti-engritlement-fiber yang dirasakan secara beransur-ansur akan kehilangan ketangguhan di bawah tindakan jangka panjang yang kuat Bagi persekitaran yang mengandungi fluorida (seperti rawatan gas sisa dalam sel -sel elektrolitik tumbuhan aluminium), toleransi serat karbon yang dirasakan jauh lebih tinggi daripada serat kaca yang dirasakan, kerana ion fluorida akan bertindak balas dengan silikon dalam kaca untuk membentuk gas fluorida silikon, yang membawa kepada degradasi bahan, sementara karbon tidak bertindak balas terhadapnya. Di samping itu, serat karbon yang dirasai tidak terjejas dalam pelarut organik (seperti toluena dan aseton), manakala salutan resin serat kaca yang dirasakan boleh dibubarkan, mengakibatkan struktur longgar.
Titik utama dalam pemprosesan dan pemotongan teknologi untuk gentian karbon merasakan substrat bateri bateri
Apabila memproses serat karbon dirasakan ke dalam substrat elektrod bateri, ketepatan pemotongan dan rawatan permukaan secara langsung mempengaruhi prestasi elektrod, yang memerlukan kawalan ketat terhadap butiran proses. Sebelum pemotongan, serat karbon merasakan perlu dirawat sebelum ini: Letakkannya rata dalam persekitaran dengan suhu 20-25 ℃ dan kelembapan 40% -60% selama 24 jam untuk menghapuskan tekanan dalaman dalam bahan dan mengelakkan melengkapkan selepas memotong. Mesin pemotongan laser harus digunakan untuk memotong, dengan kuasa laser ditetapkan hingga 50-80W dan memotong kelajuan 50-100mm/s. Kaedah ini boleh mengelakkan penumpahan serat kelebihan yang disebabkan oleh pemotongan mekanikal, dan pada masa yang sama, canggih cair dengan serta -merta oleh suhu yang tinggi untuk membentuk kelebihan yang dimeteraikan licin, mengurangkan penumpahan kekotoran serat dalam penggunaan berikutnya. Kesalahan saiz pemotongan harus dikawal dalam ± 0.1mm, terutama untuk substrat yang digunakan dalam bateri berlapis. Penyimpangan saiz yang berlebihan akan membawa kepada penjajaran elektrod yang lemah dan mempengaruhi kecekapan pelepasan caj. Selepas memotong, rawatan pengaktifan permukaan diperlukan: Rendam serat karbon dirasakan dalam larutan asid nitrik 5% -10%, merawatnya pada 60 ℃ selama 2 jam, mengeluarkannya dan bilas dengan air berair sehingga neutral. Selepas pengeringan, bilangan kumpulan hidroksil permukaan boleh ditingkatkan lebih daripada 30%, meningkatkan daya ikatan dengan bahan aktif elektrod. Substrat yang dirawat harus disalut dengan elektrod dalam masa 48 jam untuk mengelakkan kemerosotan aktiviti permukaan akibat pendedahan jangka panjang.
Pengaruh undang -undang serat karbon merasakan ketebalan lapisan penebat pada kesan penebat haba
Apabila serat karbon dirasakan digunakan sebagai lapisan penebat peralatan suhu tinggi, hubungan antara ketebalan dan kesan penebat haba tidak linear, dan ia perlu direka bentuk secara saintifik mengikut suhu kerja peralatan. Dalam julat dari suhu bilik hingga 500 ℃, kesan penebat haba meningkat dengan ketara dengan peningkatan ketebalan: apabila ketebalan meningkat dari 5mm hingga 20mm, kekonduksian terma berkurangan dari 0.05W/(m · k) hingga 0.02W/(m · k) pemindahan haba. Apabila suhu melebihi 800 ℃, pengaruh ketebalan pada kesan penebat haba melemahkan-apabila meningkat dari 20mm hingga 30mm, kekonduksian terma berkurangan hanya 5%-8%, kerana radiasi haba menjadi mod pemindahan haba utama pada suhu tinggi, dan hanya meningkatkan ketebalan mempunyai ketebalan yang terhad pada pemindahan haba yang rendah. Dalam aplikasi praktikal, struktur komposit perlu dipilih mengikut suhu kerja: satu lapisan serat karbon yang dirasakan boleh digunakan di bawah 500 ℃, dengan ketebalan 10-15mm; Untuk 800-1200 ℃, struktur komposit "serat karbon dirasakan lapisan reflektif" diperlukan, iaitu, setiap serat karbon 10mm dirasakan dipadankan dengan lapisan reflektif foil aluminium, yang menggunakan lapisan reflektif untuk menyekat radiasi haba. Pada masa ini, jumlah ketebalan yang dikawal pada 20-25mm dapat mencapai kesan ideal, dan ketebalan yang berlebihan akan meningkatkan beban peralatan. Semasa pemasangan, adalah perlu untuk memastikan lapisan penebat adalah lancar, dengan tumpang tindih 5-10mm pada sendi, dan ditetapkan dengan jahitan benang tahan suhu tinggi untuk mengelakkan udara panas dari menembusi jurang.
Kaedah pelaksanaan untuk meningkatkan kekuatan serat karbon dirasakan melalui rawatan kimia
Untuk meningkatkan kekuatan serat karbon yang dirasakan melalui rawatan kimia, adalah perlu untuk mengadopsi proses pembersihan impregnasi untuk mengukuhkan struktur keseluruhan, yang bertujuan untuk daya ikatan yang lemah antara seratnya. Kaedah yang biasa digunakan ialah rawatan impregnasi resin: Pilih resin epoksi tahan suhu tinggi (rintangan suhu ≥200 ℃), campurkan dengan ejen pengawetan pada nisbah 10: 1, tambahkan jumlah aseton yang sesuai untuk mencairkan ke atas. Pastikan resin sepenuhnya menembusi liang -liang. Ambilnya dan peras dengan roller untuk mengawal kandungan resin kepada 30% -40% daripada berat yang dirasakan (kelebihan akan meningkatkan berat badan, sementara tidak mencukupi akan mengehadkan kesan pengukuhan), kemudian pra-menyembahnya ke dalam ketuhar pada 120 ℃ selama 1 jam, dan kemudian memanaskannya ke 180 ℃ untuk menyembuhkan selama 2 jam. Selepas rawatan ini, kekuatan tegangan serat karbon dirasakan dapat ditingkatkan sebanyak 50%-80%, dan rintangan air mata lebih baik. Untuk senario yang memerlukan kekuatan yang lebih tinggi, rawatan pengubahsuaian nanotube karbon boleh digunakan: Rendam serat karbon yang dirasai dalam penyebaran nanotube karbon (kepekatan 0.5%-1%), melakukan rawatan ultrasonik selama 30 minit untuk membuat nanotube karbon dipatuhi ke permukaan serat, kemudian karbon pada 800 ℃ untuk 1 jam di bawah gas. Nanotube karbon akan membentuk struktur "merapatkan" antara serat, meningkatkan kekuatan sambil mengekalkan rintangan suhu tinggi bahan. Serat karbon yang dirawat dirasakan perlu menjalani ujian kekuatan untuk memastikan kekuatan tegangan adalah ≥50mpa, memenuhi keperluan galas struktur.
Sebelumnya
