Поддержка по электронной почте
247886802@qq.comПозвоните в службу поддержки
+86-13258111863
Когда говорят про производство углеродного волокна, часто представляют лаборатории с идеальными условиями. На деле же — это постоянная борьба с технологическими допусками, где каждый процент влажности в цехе влияет на модуль упругости.
Наш опыт в ООО Сычуань Тайхэн Композитные Материалы показал: 90% проблем с прочностью нити закладываются на стадии выбора прекурсора. Работали с полиакрилонитрилом от разных поставщиков — разброс по содержанию азота до 0.3% давал колебания по модулю до 15 ГПа.
Помню, в 2022 пробовали перейти на нефтяной пек для экономии. Получили волокно с хорошей термостойкостью, но с хрупкостью на изгиб. Пришлось возвращаться к проверенному ПАН, хотя себестоимость выросла на 8%.
Сейчас используем прекурсоры с содержанием акриловых мономеров не менее 94%. Важный нюанс — контроль серы в сырье. Даже 0.01% серы снижает температуру карбонизации, приходится корректировать режим печи.
Самая коварная стадия. Теоретически — выдерживаем 220-240°C в воздушной среде 2 часа. Практически — каждый рулон прекурсора ведет себя по-разному. Приходится постоянно мониторить экзотермический пик.
Однажды недосмотрели за температурным градиентом в печи — получили неравномерно окисленные нити. В карбонизаторе они просто порвались, пришлось списывать 3 тонны материала.
Сейчас используем многоступенчатые печи с зональным контролем. Но идеала нет — все равно есть разброс по степени окисления между нитями в жгуте. Это потом аукается при плетении.
Тут два ключевых параметра: скорость нагрева и состав газовой среды. Раньше гнались за температурой до 2000°C, но практика показала — для большинства применений хватает °C с правильной выдержкой.
Интересный случай: пытались ускорить процесс, подняли температуру с 50°C/мин до 80°C/мин. Волокно получилось с бóльшим количеством поверхностных дефектов. Пришлось снижать обратно до 60°C/мин — оптимально для нашего оборудования.
Газовая среда — отдельная тема. Азот против аргона — разница в стоимости 3:1, но при высоких модулях упругости (>500 ГПа) аргон дает более стабильные результаты.
Без обработки поверхности углеродное волокно плохо связывается с матрицей. Испытывали разные методы — плазменную обработку, электрохимическое окисление. Остановились на окислении в электролитах — стабильнее и дешевле.
Пропитка эпоксидными составами — казалось бы, простая операция. Но именно здесь мы потеряли партию для авиационного заказчика в 2023. Не учли вязкость смолы при +15°C в цехе (было похолодание). Получили неравномерную пропитку.
Сейчас жестко контролируем температуру в зоне пропитки ±2°C. И перешли на смолы с более широким температурным диапазоном вязкости.
На производственной площадке в промышленном парке Тяньфу создали многоуровневую систему контроля. Начинается все с визуального осмотра нити — банально, но 20% дефектов отсекаются на этой стадии.
Используем лазерные диаметрометры — точность ±0.5 мкм. Но они не видят внутренние дефекты. Пришлось дополнительно внедрять ультразвуковой контроль для готовых жгутов.
Самый полезный инструмент — ИК-спектроскопия. По спектрам можно отследить степень графитизации и предсказать механические свойства. Экономит время на механические испытания.
Когда расширяли производство до текущих 200 тонн в год, столкнулись с проблемой однородности больших партий. В лабораторных условиях получали волокно с модулем 550 ГПа, а на промышленной линии — не более 480 ГПа.
Пришлось перепроектировать систему подачи прекурсора — оказалось, при больших скоростях возникают вибрации, влияющие на ориентацию макромолекул.
Сейчас работаем над увеличением до 500 тонн. Уже видим новые вызовы — равномерность нагрева в больших печах, логистика рулонов весом до 500 кг.
Себестоимость производства углеродного волокна у нас составляет около $12-15 за кг при нынешних объемах. Основные затраты — энергия (35%) и прекурсор (40%).
Снижаем энергопотребление за счет рекуперации тепла от печей карбонизации. Уже экономим 18% на электроэнергии.
Перспективы видим в специализированных марках волокна. Не гнаться за рекордными показателями, а делать продукты под конкретные применения — например, для шинного корда или термостойких уплотнений.
