De ce pâslă de fibră de carbon devine alegerea preferată pentru materiale de înaltă performanță în diferite domenii
Fâșie din fibră de carbon , cu proprietățile sale compuse de greutate ușoară, rezistență la temperatură ridicată și rezistență ridicată, a devenit o alternativă cheie la materialele tradiționale în protecția mediului, energie, aerospațială și alte câmpuri. Avantajele sale de bază provin din structura și compoziția sa unică: o rețea poroasă formată din fibre de carbon întrerupte, întrerupte, nu numai că păstrează rezistența ridicată a fibrelor de carbon în sine (rezistență la tracțiune de până la 3000MPa sau mai mult), dar posedă și permeabilitate aeriană excelentă și adsorbție datorită porozității sale (de obicei 40%-80%). În ceea ce privește greutatea, pâslă din fibră de carbon are o densitate de doar 1,6-2,0g/cm³, mai puțin de un sfert din cea a oțelului, dar poate rezista la temperaturi peste 2000 ℃, depășind cu mult limita de rezistență la căldură a materialelor metalice. Această caracteristică o face potrivită pentru aplicații de filtrare la temperaturi ridicate (cum ar fi tratamentul cu gaze de ardere a cuptorului industrial), unde poate tolera temperaturi ridicate de gaze de ardere, în timp ce interceptează particulele prin structura sa poroasă. În sectorul energetic, atunci când este utilizat ca substrat de electrod a bateriei, acesta poate satisface simultan nevoile de conductivitate și permeabilitatea electrolitului. În plus, pâslă din fibră de carbon prezintă o stabilitate chimică extrem de puternică și reacționează cu greu cu acizi sau alcali, cu excepția câtorva oxidanți puternici, ceea ce îl face potrivit pentru utilizarea pe termen lung în medii corozive. În comparație cu materialele alternative, cum ar fi simțirea fibrei de sticlă, are o rezistență mai bună la oboseală și este mai puțin predispusă la îmbrățișarea și fractura după stresul repetat, ocupând astfel o poziție de neînlocuit în aplicații de ultimă generație care necesită atât performanță, cât și longevitate.
Testarea eficienței și aplicarea fibrelor de carbon simțite în filtrarea fumului la temperaturi ridicate
În scenarii de filtrare a fumului la temperaturi ridicate, cum ar fi cuptoarele industriale și incinerarea deșeurilor, trebuie verificată eficiența filtrării și stabilitatea fibrelor de carbon prin teste standardizate. O metodă de testare utilizată frecvent este „Experimentul de simulare a gazelor de ardere cu temperatură ridicată”: fixați o probă de pâslă din fibră de carbon de 5-10 mm într-un dispozitiv de filtrare, introduceți gaze de ardere simulate care conține particule cu un diametru de 0,1-10μm (temperatura stabilită la 800-1200 ℃, debitul de 1,5-2m/s) și măsurarea concentrației de particule înainte de și după filtrare după 24 de ore de filtrare continuă. Standardul calificat este că eficiența de filtrare pentru particule mai mari de 0,3 μm este ≥99%, iar creșterea rezistenței la filtrare nu depășește 30% din valoarea inițială. În aplicațiile practice, metodele de tratament trebuie să fie selectate în funcție de compoziția gazelor de ardere: pentru gazul de ardere care conține gaze acide (cum ar fi ceața de acid sulfuric), ar trebui să fie utilizate pâslă din fibră de carbon tratată cu silan pentru a spori rezistența la coroziune prin modificarea suprafeței; Pentru scenariile care conțin particule uleioase, corpul de pâslă trebuie tratat cu o acoperire hidrofobă pentru a evita blocajul porilor. În timpul instalării, pâslă din fibră de carbon trebuie să fie făcută în pungi de filtru plisate pentru a crește zona de filtrare, reducând în același timp rezistența la aer, cu o distanțare de 10-15cm între pungile de filtru pentru a asigura trecerea uniformă a gazelor de ardere. În timpul utilizării, trebuie efectuată curățarea cu lovituri de temperatură ridicată (folosind 200-300 ℃ aer comprimat pentru purjarea inversă) la fiecare 3-6 luni pentru a îndepărta particulele atașate la suprafață și pentru a menține stabilitatea eficienței filtrării.
Analiză comparativă a rezistenței la coroziune între pâslă din fibră de carbon și fibră de sticlă
Diferența de rezistență la coroziune între pâslă din fibră de carbon și fibra de sticlă se reflectă în principal în stabilitatea chimică și adaptabilitatea mediului, iar selecția ar trebui să se bazeze pe caracteristicile medii ale scenariului de utilizare. În mediile acide (cum ar fi tratarea apelor uzate industriale cu pH 2-4), pâslă de fibră de carbon prezintă avantaje semnificative: componenta sa principală este carbonul, care are o inerție chimică puternică. Când se află în contact pe termen lung cu acizii ne-oxidanți, cum ar fi acidul clorhidric și acidul sulfuric, rata de pierdere în greutate este mai mică de 1% pe an, în timp ce pâslă de fibră de sticlă (care conține dioxid de siliciu) va fi corodată de acid datorită siliconului-oxigen, cu o rată de pierdere în greutate de 5% -8% pe an, iar suprafața va arăta cote. În mediile alcaline (cum ar fi sistemele de desulfurizare a gazelor de ardere cu pH 10-12), rezistența la coroziune a celor două este relativ similară, dar pâslă de fibre de carbon are o capacitate de anti-e-e -mbritlement mai bună-pâslă de fibre de sticlă va pierde treptat duritatea în cadrul acțiunii pe termen lung a puterilor puternice alcaline și este predispus la o fractură, în valoare de 80%. Pentru mediile care conțin fluoruri (cum ar fi tratarea gazelor reziduale în celulele electrolitice ale plantelor de aluminiu), toleranța la pâslă din fibră de carbon este mult superioară celei de pâslă din fibră de sticlă, deoarece ionii de fluor vor reacționa cu siliciu în sticlă pentru a forma gaz cu fluor de siliciu, ceea ce duce la degradarea materială, în timp ce fibra de carbon nu reacționează cu acesta. În plus, simțirea fibrei de carbon este greu afectată în solvenții organici (cum ar fi toluenul și acetona), în timp ce acoperirea cu rășină a pâslei din fibră de sticlă poate fi dizolvată, rezultând o structură liberă.
Puncte cheie în procesarea și tăierea tehnologiei pentru substraturi cu electrozi cu bateria din fibră de carbon
Atunci când prelucrați fibra de carbon simțită în substraturile electrodului bateriei, precizia tăierii și tratamentul suprafeței afectează în mod direct performanța electrodului, necesitând un control strict al detaliilor procesului. Înainte de tăiere, Felt de fibre de carbon trebuie să fie tratat în prealabil: așezați-l plat într-un mediu cu o temperatură de 20-25 ℃ și umiditate de 40% -60% timp de 24 de ore pentru a elimina stresul intern în material și pentru a evita deformarea după tăiere. Mașinile de tăiere cu laser trebuie utilizate pentru tăiere, cu energie laser setată la 50-80W și viteză de tăiere 50-100mm/s. Această metodă poate evita vărsarea fibrelor de margine cauzate de tăierea mecanică și, în același timp, marginea de tăiere este topită instantaneu de temperaturi ridicate pentru a forma o margine sigilată netedă, reducând vărsarea impurității de fibre în utilizarea ulterioară. Eroarea de dimensiune de tăiere trebuie controlată în ± 0,1 mm, în special pentru substraturile utilizate la bateriile laminate. Abaterea excesivă a dimensiunilor va duce la alinierea slabă a electrodului și va afecta eficiența de sarcină. După tăiere, este necesar un tratament de activare a suprafeței: înmuiați pâslă din fibra de carbon în soluție de acid azotic de 5% -10%, tratați-l la 60 ℃ timp de 2 ore, scoateți-l și clătiți-l cu apă deionizată până la neutru. După uscare, numărul grupelor hidroxil de suprafață poate fi crescut cu mai mult de 30%, sporind forța de lipire cu materiale active cu electrod. Substratul tratat trebuie acoperit cu electrozi în 48 de ore pentru a evita degradarea activității de suprafață din cauza expunerii pe termen lung.
Influența Legea Fibiei de carbon Felt Felt Grosimea stratului de izolare asupra efectului de izolare termică
Când se folosește pâslă de fibre de carbon ca strat de izolare a echipamentelor de temperatură ridicată, relația dintre grosimea sa și efectul de izolare termică este neliniară și trebuie să fie proiectată științific în funcție de temperatura de lucru a echipamentului. În intervalul de la temperatura camerei la 500 ℃, efectul de izolare termică se îmbunătățește semnificativ odată cu creșterea grosimii: când grosimea crește de la 5 mm la 20mm, conductivitatea termică scade de la 0,05W/(M · K) la 0,02W/(M · K), iar performanța de izolare termică crește cu 60%în timp ce grosimea crește transferul de căldură. Când temperatura depășește 800 ℃, influența grosimii asupra efectului de izolare termică slăbește-atunci când crește de la 20 mm la 30 mm, conductivitatea termică scade cu doar 5%-8%, deoarece radiația termică devine principalul mod de transfer de căldură la temperaturi ridicate și pur și simplu creșterea grosimii are un efect limitat asupra reducerii transferului de căldură a radiațiilor. În aplicații practice, structurile compozite trebuie să fie selectate în funcție de temperatura de lucru: un singur strat de pâslă din fibră de carbon poate fi utilizat sub 500 ℃, cu o grosime de 10-15mm; Pentru 800-1200 ℃, este necesară o structură compozită a „stratului reflectorizant al pâslei din fibră de carbon”, adică fiecare pâslă din fibră de carbon de 10 mm este potrivită cu un strat reflectorizant din folie de aluminiu, care folosește stratul reflectorizant pentru a bloca radiația de căldură. În acest moment, grosimea totală controlată la 20-25 mm poate obține efectul ideal, iar grosimea excesivă va crește încărcarea echipamentului. În timpul instalării, este necesar să se asigure că stratul de izolație este perfect, cu o suprapunere de 5-10 mm la îmbinări și fixată cu cusături de fir rezistente la temperatură ridicată pentru a preveni pătrunderea aerului cald prin goluri.
Metode de implementare pentru îmbunătățirea rezistenței fibrelor de carbon prin tratamentul chimic
Pentru a spori rezistența fibrei de carbon simțite prin tratamentul chimic, este necesar să se adopte un proces de întărire a impregnării pentru a consolida structura generală, care vizează forța slabă de lipire între fibrele sale. O metodă utilizată frecvent este tratamentul de impregnare a rășinii: selectați rășină epoxidică rezistentă la temperatură ridicată (rezistență la temperatură ≥200 ℃), amestecați-o cu agentul de întărire la un raport de 10: 1, adăugați o cantitate adecvată de acetonă pentru a se dilua la o vâscozitate de 500-800mpa · s, cufundați complet findul de fibră de carbon în acesta și de defoam pentru a se asigura că vacuum mediul în valoare Rășina pătrunde complet în pori. Scoateți-l și stoarceți-l cu un role pentru a controla conținutul de rășină la 30% -40% din greutatea pâslă (excesul va crește greutatea, în timp ce insuficientă va limita efectul de întărire), apoi îl curățați în prealabil la un cuptor la 120 ℃ timp de 1 oră, și apoi încălziți-l la 180 ℃ pentru întărirea 2 După acest tratament, rezistența la tracțiune a pâslei din fibră de carbon poate fi crescută cu 50%-80%, iar rezistența la lacrimă este îmbunătățită semnificativ. Pentru scenarii care necesită o rezistență mai mare, poate fi utilizat un tratament de modificare a nanotubului de carbon: înmuiați pâslă din fibra de carbon într-o dispersie a nanotubului de carbon (concentrație 0,5%-1%), efectuați tratament cu ultrasunete timp de 30 de minute pentru a face ca nanotuburile de carbon să adere la suprafața fibrei, apoi să se carbonizeze la 800 ℃ timp de 1 oră sub protecția gazului inert. Nanotuburile de carbon vor forma o structură de „combinație” între fibre, îmbunătățind în continuare rezistența, păstrând în același timp rezistența la temperatură ridicată a materialului. Feltul de fibră de carbon tratat trebuie să fie supus testării forței pentru a se asigura că rezistența la tracțiune este ≥50MPA, îndeplinind cerințele de rulment structural.
Anterior
