ผ้าคาร์บอนสารหน่วงไฟอุณหภูมิสูงสำหรับงานอุตสาหกรรมและการบินและอวกาศ
ผ้าคาร์บอนที่ทำจากไฟเบอร์ PAN ที่ถูกออกซิไดซ์ล่วงหน้าแสดงถึงคลาสใหม่ของวัสดุหน่วงไฟประสิทธิภาพสูง- เป็นที่รู้จักในด้านความทนทานต่อไฟ ความร้อน สารเคมี และไฟฟ้า ผ้าเหล่านี้จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้ในการบินและอวกาศ ยานยนต์ การจัดเก็บพลังงาน, และการป้องกันความร้อนทางอุตสาหกรรมการใช้งาน
ผ้าคาร์บอนทำอย่างไร?
1. ก่อนออกซิเดชั่น
เส้นใย PAN จะถูกออกซิไดซ์ที่อุณหภูมิ 200–300°C ในอากาศเพื่อสร้างแลดเดอร์โพลีเมอร์ที่มีความเสถียรทางความร้อน โดยมีดัชนีออกซิเจนจำกัด (LOI) สูงที่ 40–60%
2. คาร์บอไนเซชันและกราฟิค
- การทำให้เป็นคาร์บอนที่อุณหภูมิต่ำ:600–1500°C ในไนโตรเจนเพื่อกำจัดองค์ประกอบที่ไม่ใช่คาร์บอน ทำให้เกิดปริมาณคาร์บอน >90%
- การสร้างกราฟิคที่อุณหภูมิสูง:2500–3000°C ในอาร์กอนหรือฮีเลียมเพื่อให้ได้คาร์บอน >99% ทำให้เกิดโครงสร้างผลึกคล้ายกราไฟต์
3. การประมวลผลภายหลัง
เทคนิคต่างๆ เช่น การตอกเข็มและการทอผ้าถูกนำมาใช้ในการแปลงเส้นใยให้เป็นแผ่นฉนวนกันความร้อน ผ้ากันไฟ และวัสดุเสริมแรงแบบคอมโพสิต
ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์พรีออกซิไดซ์คืออะไร?
เส้นใยพรีออกซิไดซ์ถูกสร้างขึ้นโดยการบำบัดเส้นใยสารตั้งต้นโพลีอะคริโลไนไตรล์ (PAN) ในสภาพแวดล้อมที่อุดมด้วยออกซิเจน จากนั้นสิ่งเหล่านี้จะถูกคาร์บอไนซ์หรือกราไฟต์ที่อุณหภูมิสูงเพื่อผลิตผ้าที่มีปริมาณคาร์บอนมากกว่า 90%–99% ทำให้เกิดกราไฟท์หรือโครงสร้างผลึกที่ไม่เป็นระเบียบ
คุณสมบัติที่สำคัญของผ้าคาร์บอน
- สารหน่วงไฟ:ลอยตัวสูงถึง 50%; ไม่ติดไฟ ไม่หยดหรือละลาย
- ทนต่ออุณหภูมิสูง:ทำงานอย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิ 220°C ทนทานต่อการสัมผัสในระยะสั้นที่อุณหภูมิสูงกว่า 400°C
- มีความแข็งแรงสูงและน้ำหนักเบา:ความต้านทานแรงดึงสูงสุด 3.8 GPa ความหนาแน่น ~1.3–1.4 g/cm³
- ความคงตัวทางเคมี:ทนทานต่อกรด ด่าง และไฮโดรไลซิส
- ฉนวนไฟฟ้า:ความเป็นฉนวนเกิน 100,000 โวลต์/มม.²
- เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม:ปราศจากฮาโลเจน ปลอดสารพิษ ไม่มีการปล่อยควันที่เป็นอันตราย
พารามิเตอร์ทางเทคนิคของผ้าคาร์บอน
| หมวดหมู่พารามิเตอร์ | ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิค |
| ความหนาแน่นของพื้นที่ (GSM) | 200 กรัม/ตรม |
| ความหนา (มม.) | 1.4-1.8 |
| ความหนาแน่น (ก./ซม.) | 1.35-1.45 |
| ปริมาณคาร์บอน | ≥92% (คาร์บอไนซ์ที่อุณหภูมิต่ำ) / ≥99% (กราไฟต์ที่อุณหภูมิสูง) |
| การจำกัดดัชนีออกซิเจน (LOI) | ≥45% |
| ทนต่ออุณหภูมิในระยะยาว | 220°C (ต่อเนื่อง) / 400°C (ระยะสั้น) |
| อุณหภูมิการสลายตัวด้วยความร้อน | ≥640°ซ |
| ค่าการนำความร้อน (W/(m·K)) | ≤0.038 |
| ความต้านแรงดึง (บิดเบี้ยว) |
≥3.2เกรดเฉลี่ย |
| ความต้านแรงดึง (พุ่ง) |
≥2.8เกรดเฉลี่ย |
| การยืดตัวที่จุดขาด |
≤2.5% |
| แรงฉีกขาด (N) |
≥50 (วิธีสี่เหลี่ยมคางหมู) |
| ความต้านทานต่อปริมาตร (Ω·cm) |
1.0×10⁻³ - 1.0×10⁻² (ปรับได้ตามกระบวนการคาร์บอไนเซชัน) |
| แรงดันพังทลาย (kV/mm) |
≥10 |
การใช้งานในอุตสาหกรรมผ้าคาร์บอน
- การป้องกันอัคคีภัย:อุปกรณ์นักผจญเพลิง ผ้าห่มกันไฟ กระบังหน้า และผ้าคลุมกันความร้อน
- การทหารและการบังคับใช้กฎหมาย:เสื้อกันไฟ ชุดกันระเบิด และผ้าคลุมกันความร้อน
- การจัดเก็บพลังงาน:วัสดุอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ ฉนวนกันความร้อนในโมดูลแบตเตอรี่
- ความปลอดภัยในอุตสาหกรรม:ชุดเชื่อม ชุดป้องกันเตา ม่านกันความร้อน และแผงกันความร้อน
- การบินและอวกาศและยานยนต์:ผ้าเบรกเครื่องบิน ฉนวนเครื่องยนต์ ชิ้นส่วนคาร์บอนน้ำหนักเบา
- สิ่งแวดล้อมและเคมี:ตัวพาตัวเร่งปฏิกิริยา, ตัวกรองการกำจัดซัลเฟอร์ไรเซชัน/ดีไนตริฟิเคชัน, ไลเนอร์ที่ทนต่อการกัดกร่อน
ทำไมต้องเลือกผ้าคาร์บอไนซ์?
ไม่ว่าคุณจะผลิตคอมโพสิตขั้นสูงหรือกำลังพัฒนาโซลูชันสารหน่วงไฟ ผ้าคาร์บอนจากเส้นใย PAN ที่ถูกออกซิไดซ์ล่วงหน้าให้การป้องกันความร้อน ความแข็งแรงทางกล และความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อมที่ไม่มีใครเทียบได้ เป็นตัวเลือกที่ชาญฉลาดและพร้อมสำหรับอนาคตสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมที่มีความต้องการสูง
