El proceso de fabricación de filamentos precursores de fibra de carbono es un procedimiento complejo e intrincado que determina directamente el rendimiento y la calidad del producto final de fibra de carbono.
Preparación de Materia Prima
La principal materia prima para los filamentos precursores de fibra de carbono es el monómero de acrilonitrilo; además, se deben incorporar comonómeros (como ácido itacónico, acrilato de metilo, etc.) para mejorar las propiedades de la fibra. Durante la fase de preparación de la materia prima, el monómero de acrilonitrilo se purifica para eliminar impurezas y humedad, asegurando así la pureza de la materia prima. Al mismo tiempo, según los requisitos de producción, los diversos monómeros y aditivos se pesan y premezclan con precisión para prepararlos para la posterior reacción de polimerización.
Polimerización
La polimerización es el paso central en la producción de filamentos precursores de fibra de carbono. Durante esta etapa, se introducen monómeros y aditivos pre-mezclados en un reactor de polimerización; Bajo la influencia de un catalizador, tiene lugar una reacción de polimerización por radicales libres-para producir un polímero de poliacrilonitrilo (PAN). Las condiciones de la reacción de polimerización-como la temperatura, la presión y el tiempo de reacción-tienen un impacto significativo en el peso molecular, la distribución del peso molecular y la estructura del polímero. Por tanto, las condiciones de reacción deben controlarse estrictamente para garantizar la estabilidad de las propiedades del polímero.
Hilado
El hilado es el paso crítico para convertir el polímero de poliacrilonitrilo en fibras. Los principales métodos de hilatura empleados son la hilatura en húmedo y la hilatura en seco. En el hilado en húmedo, la solución polimérica se extruye a través de una hilera hacia un baño de coagulación; el disolvente dentro de la solución se difunde rápidamente en el baño, lo que hace que el polímero se solidifique en fibras. En el hilado en seco, la solución de polímero se extruye a través de una hilera en una corriente de aire caliente; el disolvente se evapora y el polímero se solidifica en fibras. Durante el proceso de hilado, parámetros como la forma y el tamaño de los orificios de la hilera, así como la velocidad de hilado, deben controlarse cuidadosamente para obtener fibras con la forma y dimensiones de la sección transversal- deseadas.
Post-procesamiento
El pos-procesamiento constituye la etapa final en la producción de filamentos precursores de fibra de carbono y comprende pasos como el lavado, el estiramiento, el secado y el bobinado. El lavado sirve para eliminar disolventes e impurezas residuales de la superficie de la fibra; el estiramiento se realiza para mejorar la orientación y cristalinidad de la fibra, mejorando así sus propiedades mecánicas; el secado elimina la humedad de las fibras para evitar la formación de moho durante el almacenamiento; y el bobinado implica enrollar las fibras secas en bobinas para facilitar el procesamiento y utilización posteriores.
