Il processo di produzione dei filamenti precursori della fibra di carbonio è una procedura complessa e complessa che determina direttamente le prestazioni e la qualità del prodotto finale in fibra di carbonio.
Preparazione della materia prima
La materia prima primaria per i filamenti precursori della fibra di carbonio è l'acrilonitrile monomero; inoltre, per migliorare le proprietà della fibra, è necessario incorporare comonomeri (come acido itaconico, metil acrilato, ecc.). Durante la fase di preparazione della materia prima, il monomero acrilonitrile viene sottoposto a purificazione per rimuovere impurità e umidità, garantendo così la purezza della materia prima. Allo stesso tempo, in base ai requisiti di produzione, i vari monomeri e additivi vengono pesati con precisione e premiscelati-per prepararsi alla successiva reazione di polimerizzazione.
Polimerizzazione
La polimerizzazione è la fase fondamentale nella produzione di filamenti precursori della fibra di carbonio. Durante questa fase, monomeri premiscelati e additivi vengono introdotti in un reattore di polimerizzazione; sotto l'influenza di un catalizzatore, avviene una reazione di polimerizzazione a radicali liberi-per produrre il polimero di poliacrilonitrile (PAN). Le condizioni della reazione di polimerizzazione-come temperatura, pressione e tempo di reazione-hanno un impatto significativo sul peso molecolare, sulla distribuzione del peso molecolare e sulla struttura del polimero. Pertanto, le condizioni di reazione devono essere rigorosamente controllate per garantire la stabilità delle proprietà del polimero.
Filatura
La filatura è il passaggio fondamentale nella conversione del polimero poliacrilonitrile in fibre. I principali metodi di filatura utilizzati sono la filatura a umido e la filatura a secco. Nella filatura ad umido, la soluzione polimerica viene estrusa attraverso una filiera in un bagno di coagulazione; il solvente all'interno della soluzione si diffonde rapidamente nel bagno, provocando la solidificazione del polimero in fibre. Nella filatura a secco la soluzione polimerica viene estrusa attraverso una filiera in un flusso di aria calda; il solvente evapora e il polimero si solidifica in fibre. Durante il processo di filatura, parametri come la forma e la dimensione degli orifizi della filiera, nonché la velocità di filatura, devono essere attentamente controllati per ottenere fibre con la forma e le dimensioni della sezione trasversale desiderate.
Post-elaborazione
La post-elaborazione costituisce la fase finale nella produzione dei filamenti precursori della fibra di carbonio, comprendendo fasi quali lavaggio, stiramento, asciugatura e avvolgimento. Il lavaggio serve a rimuovere residui di solventi e impurità dalla superficie della fibra; lo stiramento viene effettuato per migliorare l'orientamento e la cristallinità della fibra, migliorandone così le proprietà meccaniche; l'asciugatura elimina l'umidità dalle fibre per evitare la formazione di muffe durante lo stoccaggio; e l'avvolgimento comporta l'avvolgimento delle fibre essiccate su bobine per facilitare la successiva lavorazione e utilizzo.
