Perché la fibra di carbonio diventa la scelta preferita per i materiali ad alte prestazioni in vari campi
Feltro in fibra di carbonio , con le sue proprietà composite di peso leggero, resistenza ad alta temperatura e alta resistenza, è diventata un'alternativa chiave ai materiali tradizionali in protezione ambientale, energia, aerospaziale e altri campi. I suoi vantaggi fondamentali derivano dalla sua struttura e composizione unica: una rete porosa formata da fibre di carbonio intrecciate disordinate non solo mantiene l'alta resistenza delle stesse fibre di carbonio (resistenza alla trazione fino a 3000MPa o più) ma possiede anche un'eccellente permeabilità dell'aria e l'adsorbimento a causa della sua porosità (di solito 40%-80%). In termini di peso, il feltro in fibra di carbonio ha una densità di soli 1,6-2,0 g/cm³, meno di un quarto di quello dell'acciaio, ma può resistere a temperature superiori al 2000 ℃, superando di gran lunga il limite di resistenza al calore dei materiali metallici. Questa caratteristica lo rende adatto per applicazioni di filtrazione ad alta temperatura (come il trattamento del gas di combustione del forno industriale), dove può tollerare le alte temperature del gas di combustione mentre si intercetta le particelle attraverso la sua struttura porosa. Nel settore energetico, se utilizzato come substrato di elettrodo a batteria, può soddisfare contemporaneamente le esigenze della conducibilità e della permeabilità dell'elettrolita. Inoltre, il feltro in fibra di carbonio mostra una stabilità chimica estremamente forte e non reagisce a malapena con acidi o alcali ad eccezione di alcuni ossidanti forti, rendendolo adatto per l'uso a lungo termine in ambienti corrosivi. Rispetto a materiali alternativi come il feltro di fibra di vetro, ha una migliore resistenza alla fatica ed è meno soggetto a abbracci e fratture dopo stress ripetuti, occupando così una posizione insostituibile in applicazioni di fascia alta che richiedono sia prestazioni che longevità.
Test di efficienza e applicazione della fibra di carbonio Felt nella filtrazione del fumo ad alta temperatura
In scenari di filtrazione del fumo ad alta temperatura come forni industriali e incenerimento per i rifiuti, l'efficienza della filtrazione e la stabilità del feltro in fibra di carbonio devono essere verificate attraverso test standardizzati. Un metodo di test comunemente usato è il "esperimento di simulazione del gas di combustione ad alta temperatura": correggere un campione in fibra di carbonio spesso 5-10 mm in un dispositivo di filtrazione, introdurre gas di combustione simulato contenente particelle con un diametro di 0,1-10 μm (temperatura impostato a 800-1200 ℃, portata 1,5-2m/s) e misurare la concentrazione di particelle prima e dopo la filtrazione continua. Lo standard qualificato è che l'efficienza di filtrazione per particelle superiori a 0,3 μm è ≥99% e l'aumento della resistenza alla filtrazione non supera il 30% del valore iniziale. Nelle applicazioni pratiche, è necessario selezionare metodi di trattamento in base alla composizione del gas di combustione: per gas di combustione contenente gas acidi (come la nebbia di acido solforico), il feltro di fibra di carbonio trattata con silano dovrebbe essere usato per migliorare la resistenza alla corrosione attraverso la modifica della superficie; Per gli scenari contenenti particelle oleose, il corpo in feltro dovrebbe essere trattato con un rivestimento idrofobico per evitare il blocco dei pori. Durante l'installazione, il feltro in fibra di carbonio deve essere realizzato in sacchetti di filtro pieghettati per aumentare l'area di filtrazione riducendo al contempo la resistenza all'aria, con una spaziatura di 10-15 cm tra sacchetti da filtro per garantire un passaggio uniforme di gas di combustione. Durante l'uso, la pulizia del backblow ad alta temperatura (utilizzando l'aria compressa 200-300 ℃ per lo spurgo inverso) deve essere eseguita ogni 3-6 mesi per rimuovere le particelle attaccate alla superficie e mantenere la stabilità dell'efficienza di filtrazione.
Analisi comparativa della resistenza alla corrosione tra feltro in fibra di carbonio e feltro in fibra di vetro
La differenza nella resistenza alla corrosione tra feltro in fibra di carbonio e feltro in fibra di vetro si riflette principalmente nella stabilità chimica e nell'adattabilità ambientale e la selezione dovrebbe basarsi sulle caratteristiche medie dello scenario dell'uso. In ambienti acidi (come il trattamento delle acque reflue industriali con pH 2-4), il feltro in fibra di carbonio mostra vantaggi significativi: il suo componente principale è il carbonio, che ha una forte inerzia chimica. Quando a lungo termine il contatto con acidi non ossidanti come l'acido cloridrico e l'acido solforico, il tasso di perdita di peso è inferiore all'1% all'anno, mentre il feltro di fibra di vetro (contenente biossido di silicio) sarà corroso dall'acido a causa del legame al silicio-ossigeno, con un tasso di perdita di peso del 5% -8% per anno e la superficie mostrerà. Negli ambienti alcalini (come i sistemi di desolforazione del gas di combustione con pH 10-12), la resistenza alla corrosione dei due è relativamente simile, ma il feltro di fibra di carbonio ha una migliore capacità anti-embritlement: la fibra di vetro che i sentiti perde gradualmente si suscettano di essere aumentata sotto l'azione a lungo termine di 80%. Per gli ambienti contenenti fluoruri (come il trattamento dei gas di scarto nelle cellule elettrolitiche vegetali di alluminio), la tolleranza del feltro in fibra di carbonio è di gran lunga superiore a quella del feltro di fibra di vetro, perché gli ioni fluoruro reagiranno con il silicio nel vetro per formare il gas di fluoruro di silicio, portando a degradazione del materiale, mentre la fibra di carbonio non reagisce con esso. Inoltre, il feltro in fibra di carbonio non è influenzato da solventi organici (come toluene e acetone), mentre il rivestimento in resina del feltro di fibra di vetro può essere sciolto, con conseguente struttura allentata.
Punti chiave nella tecnologia di elaborazione e taglio per substrati elettrodi a batteria in fibra di carbonio
Durante la lavorazione della fibra di carbonio induceti nei substrati degli elettrodi a batteria, il taglio dell'accuratezza e il trattamento superficiale influiscono direttamente sulle prestazioni degli elettrodi, richiedendo un rigoroso controllo dei dettagli del processo. Prima di tagliare, il feltro in fibra di carbonio deve essere pretrattata: mettilo piatto in un ambiente con una temperatura di 20-25 ℃ e umidità del 40% -60% per 24 ore per eliminare lo stress interno nel materiale ed evitare di deformare dopo il taglio. Le macchine da taglio laser devono essere utilizzate per il taglio, con energia laser impostata a 50-80 W e velocità di taglio 50-100 mm/s. Questo metodo può evitare lo spargimento di fibre del bordo causato dal taglio meccanico e allo stesso tempo il tagliente viene sciolto istantaneamente da alta temperatura per formare un bordo sigillato liscio, riducendo lo spargimento di impurità delle fibre nel successivo utilizzo. L'errore di dimensione del taglio deve essere controllato entro ± 0,1 mm, in particolare per i substrati utilizzati nelle batterie laminate. La deviazione di dimensioni eccessive porterà a scarsa allineamento degli elettrodi e influirà sull'efficienza di scarica della carica. Dopo il taglio, è necessario un trattamento di attivazione superficiale: immergere la felicità della fibra di carbonio in soluzione di acido nitrico al 5% -10%, trattalo a 60 ℃ per 2 ore, prendilo e sciacqualo con acqua deionizzata fino a quando neutra. Dopo l'essiccazione, il numero di gruppi idrossilici superficiali può essere aumentato di oltre il 30%, migliorando la forza di legame con i materiali attivi dell'elettrodo. Il substrato trattato deve essere rivestito con elettrodi entro 48 ore per evitare la degradazione dell'attività superficiale a causa dell'esposizione a lungo termine.
Influenza della legge della fibra di carbonio Spessore dello strato isolante sull'effetto isolante termico
Quando il feltro in fibra di carbonio viene utilizzato come strato di isolamento delle apparecchiature ad alta temperatura, la relazione tra il suo spessore e l'effetto di isolamento termico non è lineare e deve essere progettata scientificamente in base alla temperatura di lavoro dell'attrezzatura. Nell'intervallo dalla temperatura ambiente a 500 ℃, l'effetto dell'isolamento termico migliora significativamente con l'aumento dello spessore: quando lo spessore aumenta da 5 mm a 20 mm, la conducibilità termica diminuisce da 0,05 W/(m · k) a 0,02 w/(m · k) e le prestazioni di insulazione termica aumentano del 60%, perché lo spessore aumentano il calore per la conduzione di calore e la pista da calore e la pista da calore. trasferimento. Quando la temperatura supera gli 800 ℃, l'influenza dello spessore sull'effetto dell'isolamento termico si indebolisce, quando aumenta da 20 mm a 30 mm, la conducibilità termica diminuisce solo del 5%-8%, poiché la radiazione termica diventa la principale modalità di trasferimento di calore ad alte temperature e semplicemente l'aumento dello spessore ha un effetto limitato sulla riduzione del trasferimento di calore in radiazione. In applicazioni pratiche, le strutture composite devono essere selezionate in base alla temperatura di lavoro: un singolo strato di feltro in fibra di carbonio può essere usato al di sotto di 500 ℃, con uno spessore di 10-15 mm; Per 800-1200 ℃, è necessaria una struttura composita di "strato riflettente in fibra di carbonio", ovvero ogni feltro di fibra di carbonio da 10 mm è abbinato a uno strato riflettente in alluminio, che utilizza lo strato riflettente per bloccare le radiazioni termiche. Al momento, lo spessore totale controllato a 20-25 mm può raggiungere l'effetto ideale e lo spessore eccessivo aumenterà il carico dell'attrezzatura. Durante l'installazione, è necessario garantire che lo strato di isolamento sia senza soluzione di continuità, con sovrapposizione di 5-10 mm sui giunti e fissata con cuciture filettate resistenti ad alta temperatura per evitare che l'aria calda penetri attraverso gli spazi.
Metodi di implementazione per migliorare la resistenza della fibra di carbonio per il trattamento chimico
Per migliorare la forza della fibra di carbonio percepita attraverso il trattamento chimico, è necessario adottare un processo di coltura di impregnazione per rafforzare la struttura generale, mirando alla debole forza di legame tra le sue fibre. Un metodo comunemente usato è il trattamento di impregnazione della resina: selezionare resina epossidica resistente ad alta temperatura (resistenza alla temperatura ≥200 ℃), mescolarlo con un agente di indurimento con un rapporto di 10: 1, aggiungere una quantità adeguata di acetone per diluire in una viscosità da 500-800mpa · s, immergere completamente la fibra di carbonio in esso e defof che la resina penetra completamente nei pori. Eliminalo e spremilo con un rullo per controllare il contenuto di resina al 30% -40% del peso in feltro (l'eccesso aumenterà il peso, mentre l'insufficiente limiterà l'effetto di rafforzamento), quindi pre-curare in un forno a 120 ℃ per 1 ora, e quindi riscaldarlo a 180 ℃ per indurimento per 2 ore, in modo che la resina forma una struttura a tre dimensioni per legare le fibri in carbonio. Dopo questo trattamento, la resistenza alla trazione del feltro in fibra di carbonio può essere aumentata del 50%-80%e la resistenza alla lacrima è più significativamente migliorata. Per gli scenari che richiedono una maggiore resistenza, è possibile utilizzare un trattamento di modifica dei nanotubi di carbonio: immergere il feltro in fibra di carbonio in una dispersione di nanotubi di carbonio (concentrazione 0,5%-1%), eseguire un trattamento ad ultrasuoni per 30 minuti per far aderire i nanotubi di carbonio alla superficie della fibra, quindi carbonizzino a 800 ℃ per 1 ora sotto la protezione del gas inerte. I nanotubi di carbonio formeranno una struttura "ponte" tra le fibre, migliorando ulteriormente la forza mantenendo la resistenza ad alta temperatura del materiale. Il sentimento della fibra di carbonio trattata deve sottoporsi a test di resistenza per garantire che la resistenza alla trazione sia ≥50 MPA, soddisfacendo i requisiti del cuscinetto strutturale.
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