Waarom koolstofvezelvilt de voorkeurskeuze wordt voor hoogwaardige materialen op verschillende gebieden
Koolstofvezel vilt , met zijn samengestelde eigenschappen van lichtgewicht, hoge temperatuurbestendigheid en hoge sterkte, is een belangrijk alternatief geworden voor traditionele materialen op het gebied van milieubescherming, energie, lucht- en ruimtevaart en andere gebieden. De belangrijkste voordelen vloeien voort uit de unieke structuur en samenstelling: een poreus netwerk gevormd door wanordelijk verweven koolstofvezels behoudt niet alleen de hoge sterkte van de koolstofvezels zelf (treksterkte tot 3000 MPa of meer), maar beschikt ook over een uitstekende luchtdoorlaatbaarheid en adsorptie dankzij de porositeit (meestal 40%-80%). In termen van gewicht heeft koolstofvezelvilt een dichtheid van slechts 1,6-2,0 g/cm³, minder dan een kwart van die van staal, maar het is toch bestand tegen temperaturen boven 2000℃, wat de hittebestendigheidslimiet van metalen materialen ver overschrijdt. Deze eigenschap maakt het geschikt voor filtratietoepassingen bij hoge temperaturen (zoals de behandeling van rookgassen in industriële ovens), waar het hoge rookgastemperaturen kan verdragen terwijl het deeltjes door zijn poreuze structuur onderschept. In de energiesector kan het, wanneer het wordt gebruikt als substraat voor batterijelektroden, tegelijkertijd voldoen aan de behoeften op het gebied van geleidbaarheid en elektrolytdoorlaatbaarheid. Bovendien vertoont koolstofvezelvilt een extreem sterke chemische stabiliteit en reageert het nauwelijks met zuren of alkaliën, afgezien van enkele sterke oxidatiemiddelen, waardoor het geschikt is voor langdurig gebruik in corrosieve omgevingen. Vergeleken met alternatieve materialen zoals glasvezelvilt heeft het een betere weerstand tegen vermoeidheid en is het minder gevoelig voor verbrossing en breuk na herhaalde belasting, waardoor het een onvervangbare positie inneemt in hoogwaardige toepassingen die zowel prestaties als een lange levensduur vereisen.
Efficiëntietesten en toepassing van koolstofvezelvilt bij rookfiltratie bij hoge temperaturen
In scenario's voor rookfiltratie bij hoge temperaturen, zoals industriële ovens en afvalverbranding, moeten de filtratie-efficiëntie en stabiliteit van koolstofvezelvilt worden geverifieerd door middel van gestandaardiseerde tests. Een veelgebruikte testmethode is het “rookgassimulatie-experiment op hoge temperatuur”: fixeer een 5-10 mm dik koolstofvezelviltmonster in een filtratieapparaat, introduceer gesimuleerd rookgas dat deeltjes bevat met een diameter van 0,1-10 μm (temperatuur ingesteld op 800-1200 ℃, stroomsnelheid 1,5-2 m/s), en meet de deeltjesconcentratie voor en na filtratie na 24 uur continue filtratie. De gekwalificeerde norm is dat de filtratie-efficiëntie voor deeltjes groter dan 0,3 μm ≥99% is en dat de toename van de filtratieweerstand niet groter is dan 30% van de initiële waarde. In praktische toepassingen moeten behandelingsmethoden worden geselecteerd op basis van de rookgassamenstelling: voor rookgas dat zure gassen bevat (zoals zwavelzuurmist) moet met silaan behandeld koolstofvezelvilt worden gebruikt om de corrosieweerstand te verbeteren door middel van oppervlaktemodificatie; voor scenario's die olieachtige deeltjes bevatten, moet het vilten lichaam worden behandeld met een hydrofobe coating om verstopping van de poriën te voorkomen. Tijdens de installatie moeten er geplooide filterzakken van koolstofvezelvilt worden gemaakt om het filtratieoppervlak te vergroten en tegelijkertijd de luchtweerstand te verminderen, met een afstand van 10-15 cm tussen de filterzakken om een uniforme doorgang van rookgas te garanderen. Tijdens gebruik moet elke 3-6 maanden een terugblaasreiniging op hoge temperatuur (met behulp van perslucht van 200-300 ℃ voor omgekeerde spoeling) worden uitgevoerd om deeltjes die aan het oppervlak vastzitten te verwijderen en de stabiliteit van de filtratie-efficiëntie te behouden.
Vergelijkende analyse van corrosieweerstand tussen koolstofvezelvilt en glasvezelvilt
Het verschil in corrosieweerstand tussen koolstofvezelvilt en glasvezelvilt wordt voornamelijk weerspiegeld in de chemische stabiliteit en het aanpassingsvermogen aan de omgeving, en de selectie moet gebaseerd zijn op de mediumkenmerken van het gebruiksscenario. In zure omgevingen (zoals industriële afvalwaterzuivering met pH 2-4) vertoont koolstofvezelvilt aanzienlijke voordelen: het hoofdbestanddeel is koolstof, dat een sterke chemische inertheid heeft. Bij langdurig contact met niet-oxiderende zuren zoals zoutzuur en zwavelzuur bedraagt het gewichtsverlies minder dan 1% per jaar, terwijl glasvezelvilt (dat siliciumdioxide bevat) zal worden aangetast door zuur als gevolg van de silicium-zuurstofbinding, met een gewichtsverlies van 5%-8% per jaar, en het oppervlak zal krijten vertonen. In alkalische omgevingen (zoals rookgasontzwavelingssystemen met pH 10-12) is de corrosieweerstand van de twee relatief vergelijkbaar, maar koolstofvezelvilt heeft een beter anti-verbrossingsvermogen - glasvezelvilt zal geleidelijk aan taaiheid verliezen onder de langdurige werking van sterke alkali en is gevoelig voor breuk onder invloed van externe krachten, terwijl het behoud van de mechanische eigenschappen van koolstofvezelvilt meer dan 80% kan bereiken. Voor omgevingen die fluoriden bevatten (zoals de behandeling van afgas in elektrolytische cellen van aluminiumfabrieken) is de tolerantie van koolstofvezelvilt veel beter dan die van glasvezelvilt, omdat fluoride-ionen zullen reageren met silicium in glas om siliciumfluoridegas te vormen, wat leidt tot materiaaldegradatie, terwijl koolstofvezel er niet mee reageert. Bovendien wordt koolstofvezelvilt nauwelijks aangetast in organische oplosmiddelen (zoals tolueen en aceton), terwijl de harscoating van glasvezelvilt wel kan oplossen, waardoor een losse structuur ontstaat.
Kernpunten in de verwerkings- en snijtechnologie voor koolstofvezelvilt batterij-elektrodesubstraten
Bij het verwerken van koolstofvezelvilt tot batterij-elektrodesubstraten hebben de snijnauwkeurigheid en oppervlaktebehandeling een directe invloed op de prestaties van de elektrode, waardoor een strikte controle van de procesdetails vereist is. Vóór het snijden moet koolstofvezelvilt worden voorbehandeld: leg het plat in een omgeving met een temperatuur van 20-25℃ en een vochtigheid van 40%-60% gedurende 24 uur om interne spanningen in het materiaal te elimineren en kromtrekken na het snijden te voorkomen. Voor het snijden moeten lasersnijmachines worden gebruikt, met een laservermogen ingesteld op 50-80W en een snijsnelheid van 50-100 mm/s. Deze methode kan het afstoten van randvezels als gevolg van mechanisch snijden voorkomen, en tegelijkertijd wordt de snijkant onmiddellijk gesmolten door hoge temperaturen om een gladde, afgedichte rand te vormen, waardoor het afstoten van vezelonzuiverheden bij later gebruik wordt verminderd. De snijgroottefout moet binnen ±0,1 mm worden gecontroleerd, vooral voor substraten die worden gebruikt in gelamineerde batterijen. Een buitensporige maatafwijking zal leiden tot een slechte uitlijning van de elektroden en zal de laad-ontlaadefficiëntie beïnvloeden. Na het snijden is een oppervlakteactiveringsbehandeling vereist: week het koolstofvezelvilt in een salpeterzuuroplossing van 5%-10%, behandel het gedurende 2 uur bij 60℃, haal het eruit en spoel het af met gedeïoniseerd water tot het neutraal is. Na het drogen kan het aantal oppervlaktehydroxylgroepen met meer dan 30% worden verhoogd, waardoor de hechtkracht met actieve elektrodematerialen wordt vergroot. Het behandelde substraat moet binnen 48 uur worden gecoat met elektroden om verslechtering van de oppervlakteactiviteit als gevolg van langdurige blootstelling te voorkomen.
Beïnvloed de wet van de dikte van de koolstofvezelviltisolatielaag op het thermische isolatie-effect
Wanneer koolstofvezelvilt wordt gebruikt als isolatielaag van apparatuur voor hoge temperaturen, is de relatie tussen de dikte en het thermische isolatie-effect niet-lineair en moet het wetenschappelijk worden ontworpen op basis van de werktemperatuur van de apparatuur. In het bereik van kamertemperatuur tot 500℃ verbetert het thermische isolatie-effect aanzienlijk met de toename van de dikte: wanneer de dikte toeneemt van 5 mm tot 20 mm, neemt de thermische geleidbaarheid af van 0,05 W/(m·K) tot 0,02 W/(m·K), en de thermische isolatieprestaties nemen toe met 60%, omdat de grotere dikte het warmtegeleidingspad verlengt en de statische luchtlaag in de poriën de warmteoverdracht belemmert. Wanneer de temperatuur de 800℃ overschrijdt, wordt de invloed van de dikte op het thermische isolatie-effect zwakker. Bij het verhogen van 20 mm naar 30 mm neemt de thermische geleidbaarheid met slechts 5%-8% af, omdat warmtestraling de belangrijkste warmteoverdrachtsmodus wordt bij hoge temperaturen, en het simpelweg vergroten van de dikte heeft een beperkt effect op het verminderen van de stralingswarmteoverdracht. In praktische toepassingen moeten composietstructuren worden geselecteerd op basis van de werktemperatuur: een enkele laag koolstofvezelvilt kan worden gebruikt onder 500 ℃, met een dikte van 10-15 mm; voor 800-1200 ℃ is een composietstructuur van een "reflecterende laag van koolstofvezelvilt" vereist, dat wil zeggen dat elk koolstofvezelvilt van 10 mm wordt gecombineerd met een reflecterende laag van aluminiumfolie, die de reflecterende laag gebruikt om warmtestraling te blokkeren. Op dit moment kan de totale dikte, gecontroleerd op 20-25 mm, het ideale effect bereiken, en overmatige dikte zal de belasting van de apparatuur vergroten. Tijdens de installatie is het noodzakelijk om ervoor te zorgen dat de isolatielaag naadloos is, met een overlap van 5-10 mm bij de verbindingen, en vastgezet met hittebestendige draadstiksels om te voorkomen dat hete lucht door de openingen binnendringt.
Implementatiemethoden voor het vergroten van de sterkte van koolstofvezel die door chemische behandeling wordt gevoeld
Om de sterkte van koolstofvezelvilt door middel van een chemische behandeling te vergroten, is het noodzakelijk om een impregnatie-uithardingsproces toe te passen om de algehele structuur te versterken, gericht op de zwakke hechtkracht tussen de vezels. Een veelgebruikte methode is een harsimpregnatiebehandeling: selecteer een epoxyhars die bestand is tegen hoge temperaturen (temperatuurbestendigheid ≥200℃), meng deze met verharder in een verhouding van 10:1, voeg een geschikte hoeveelheid aceton toe om te verdunnen tot een viscositeit van 500-800 mPa·s, dompel het koolstofvezelvilt er volledig in onder en ontschuim in een vacuümomgeving (-0,09 MPa) gedurende 30 minuten om ervoor te zorgen dat de hars volledig in de ondergrond dringt. poriën. Haal het eruit en knijp het uit met een roller om het harsgehalte onder controle te houden tot 30%-40% van het viltgewicht (overtollig zal het gewicht verhogen, terwijl onvoldoende het versterkende effect zal beperken), vervolgens voorharden in een oven op 120 ℃ gedurende 1 uur, en vervolgens verwarmen tot 180 ℃ voor 2 uur uitharden, zodat de hars een driedimensionale netwerkstructuur vormt om de koolstofvezels stevig te binden. Na deze behandeling kan de treksterkte van koolstofvezelvilt met 50% -80% worden verhoogd en wordt de scheurweerstand aanzienlijk verbeterd. Voor scenario's die een hogere sterkte vereisen, kan een modificatiebehandeling met koolstofnanobuisjes worden gebruikt: week het vilt van de koolstofvezel in een dispersie van koolstofnanobuisjes (concentratie 0,5% -1%), voer een ultrasone behandeling uit gedurende 30 minuten om de koolstofnanobuisjes aan het vezeloppervlak te laten hechten, en carboniseer vervolgens gedurende 1 uur bij 800 ℃ onder bescherming van inert gas. Koolstofnanobuisjes zullen een ‘overbruggende’ structuur tussen vezels vormen, waardoor de sterkte verder wordt verbeterd en de hoge temperatuurbestendigheid van het materiaal behouden blijft. Het behandelde koolstofvezelvilt moet sterktetests ondergaan om ervoor te zorgen dat de treksterkte ≥50 MPa is en voldoet aan de structurele lagervereisten.
Vorig
