Warum Kohlefaserfilz zur bevorzugten Wahl für Hochleistungsmaterialien in verschiedenen Bereichen wird
Kohlefaser Filz Mit seinen zusammengesetzten Eigenschaften des Lichtgewichts, der hohen Temperaturbeständigkeit und hohen Festigkeit ist es zu einer wichtigen Alternative zu herkömmlichen Materialien in Umweltschutz, Energie, Luft- und Raumfahrt und anderen Feldern geworden. Seine Kernvorteile entstehen von seiner einzigartigen Struktur und Zusammensetzung: Ein poröses Netzwerk, das durch ungewöhnliche Kohlenstofffasern gebildet wird, behält nicht nur die hohe Festigkeit von Kohlenstofffasern selbst (Zugfestigkeit von bis zu 3000 mPa oder mehr), sondern besitzt auch eine hervorragende Luftdurchlässigkeit und Adsorption aufgrund seiner Porosität (normalerweise 40%-80%). In Bezug auf das Gewicht hat Kohlefaserfilz eine Dichte von nur 1,6-2,0 g/cm³, weniger als ein Viertel des Stahls, kann jedoch den Temperaturen über 2000 ℃ standhalten, was die Wärmefestigkeitsgrenze von Metallmaterialien weit überschreitet. Dieses Merkmal macht es für Hochtemperaturfiltrationsanwendungen (wie z. B. Industrie-Gasbehandlung in Industrial-Ofen-Rauchgas) geeignet, wobei die Gastemperaturen der hohen Rauchgas tolerieren und gleichzeitig Partikel durch seine poröse Struktur abfangen können. Im Energiesektor kann es bei Verwendung als Batterie -Elektroden -Substrat gleichzeitig den Bedürfnissen an Leitfähigkeit und Elektrolytpermeabilität entsprechen. Darüber hinaus weist Kohlefaserfilme eine extrem starke chemische Stabilität auf und reagiert kaum mit Säuren oder Alkalien, mit Ausnahme einiger starker Oxidationsmittel, was es für die langfristige Verwendung in korrosiven Umgebungen geeignet ist. Im Vergleich zu alternativen Materialien wie Glasfaserfilmen hat es eine bessere Ermüdungsbeständigkeit und ist nach wiederholter Spannung weniger anfällig für Verspritzung und Fraktur, wodurch eine unersetzliche Position in High-End-Anwendungen einnimmt, die sowohl Leistung als auch Langlebigkeit erfordert.
Effizienztests und Anwendung von Kohlefaserfilmen in Hochtemperatur-Rauchfiltration
In Hochtemperatur-Rauchfiltrationsszenarien wie Industrieöfen und Abfallverbrennung müssen die Filtrationseffizienz und die Stabilität von Kohlefaserfilmen durch standardisierte Tests überprüft werden. Eine häufig verwendete Testmethode ist das „High-Temperatur-Gas-Gas-Simulation-Experiment“: Fix eine 5-10 mm dicke Kohlefaserfilmprobe in einer Filtrationsvorrichtung, ein simuliertes Gas, das Partikel mit einem Durchmesser von 0,1-10 μm (Temperatur festgelegt auf 800-1200 ℃) und nach 24 Stunden mit einer Fließrate 1,5 bis 2 m/s) und nach der FILTION-FILTRATION. Der qualifizierte Standard ist, dass die Filtrationseffizienz für Partikel über 0,3 μm ≥ 99% beträgt und der Anstieg des Filtrationswiderstands 30% des Anfangswerts nicht überschreitet. In praktischen Anwendungen müssen Behandlungsmethoden gemäß der Zusammensetzung der Rauchgas ausgewählt werden: Für Rauchgas, die saure Gase (wie Schwefelsäure-Nebel) enthalten, sollte ein mit Silan behandelter Kohlenstofffasern verwendet werden, um die Korrosionsresistenz durch Oberflächenmodifikation zu verbessern. Für Szenarien, die fettige Partikel enthalten, sollte der Filzkörper mit einer hydrophoben Beschichtung behandelt werden, um eine Blockierung von Poren zu vermeiden. Während der Installation muss Kohlefaserfilz zu Faltenfilterbeuteln verarbeitet werden, um den Filtrationsbereich zu erhöhen und gleichzeitig den Luftwiderstand zu reduzieren, wobei ein Abstand von 10 bis 15 cm zwischen Filterbeuteln ist, um einen gleichmäßigen Durchgang des Rauchgass zu gewährleisten. Während des Gebrauchs sollte alle 3-6 Monate mit hoher Temperaturrückwanderung (mit 200-300 ℃ Druckluft zur Rückwärtsspurung) durchgeführt werden, um Partikel zu entfernen, die an der Oberfläche gebunden sind, und die Stabilität der Filtrationseffizienz aufrechtzuerhalten.
Vergleichende Analyse der Korrosionsbeständigkeit zwischen Kohlefaserfilz und Glasfaserfilz
Der Unterschied in der Korrosionsbeständigkeit zwischen Kohlefaserfilz und Glasfaserfilm spiegelt sich hauptsächlich in der chemischen Stabilität und der Anpassungsfähigkeit der Umwelt wider, und die Selektion sollte auf den mittleren Eigenschaften des Verwendungsszenarios beruhen. In sauren Umgebungen (wie z. B. industrieller Abwasserbehandlung mit pH 2-4) zeigt Kohlefaserzeife erhebliche Vorteile: Die Hauptkomponente ist Kohlenstoff, die eine starke chemische Inertheit aufweist. Bei Langzeitkontakt mit nicht oxidierenden Säuren wie Salzsäure und Schwefelsäure beträgt die Gewichtsverlustrate weniger als 1% pro Jahr, während Glasfaser-Filz (mit Siliziumdioxid enthaltend) durch Säure korrodiert wird, da die Säure-Säure-Bindung mit einer Gewichtsverlustrate von 5% bis 8% pro Jahr aufweist, und die Oberfläche kalkking. In alkalischen Umgebungen (z. B. Rauchgasentleitungssysteme mit pH 10-12) ist die Korrosionsresistenz der beiden relativ ähnlich, aber Kohlefaser-Filz weist eine bessere Fähigkeit zur Anti-Embritblik auf. Glass-Faserfest verliert nach und nach unter der langfristigen Wirkung starker Alkali-Anreize unter der mechanischen Immobilienrate. Für Umgebungen, die Fluoride (wie Abfallgasbehandlung in elektrolytischen Aluminiumpflanzenzellen) enthalten, ist die Toleranz von Kohlefaserfilmen dem von Glasfaserfilm weit überlegen, da Fluoridionen mit Silizium in Glas zu einem Siliziumfluoridgas reagieren, während Kohlenstofffaser nicht mit IT mit IT reagiert. Darüber hinaus wird Kohlefaserfilm in organischen Lösungsmitteln (wie Toluol und Aceton) kaum betroffen, während die Harzbeschichtung von Glasfaserfilmen gelöst werden kann, was zu einer lockeren Struktur führt.
Wichtige Punkte bei der Verarbeitung und Schnitttechnologie für Kohlefaserfilz -Batterie -Elektrodensubstrate
Bei der Verarbeitung von Kohlefasern in Batterieelektrodensubstrate beeinflussen die Schnittgenauigkeit und die Oberflächenbehandlung die Elektrodenleistung direkt und erfordert eine strenge Steuerung der Prozessdetails. Vor dem Schneiden muss Kohlefaser-Filz vorbehandelt werden: Legen Sie sie in einer Umgebung mit einer Temperatur von 20 bis 25 ° und einer Luftfeuchtigkeit von 40% -60% für 24 Stunden flach, um die innere Spannung im Material zu beseitigen und das Verziehen nach dem Schneiden zu vermeiden. Laserschneidmaschinen sollten zum Schneiden verwendet werden, wobei der Laserstrom auf 50-80 W und die Schnittgeschwindigkeit von 50 bis 100 mm/s eingestellt werden. Diese Methode kann das durch mechanische Schnitt verursachte Schadenfasern vermeiden, und gleichzeitig wird die Schneide durch hohe Temperatur sofort geschmolzen, um eine glatte, versiegelte Kante zu bilden, wodurch die Verringerung der Faserverunreinigung in der nachfolgenden Verwendung abgeschaltet wird. Der Fehler der Schneidgrößen sollte innerhalb von ± 0,1 mm gesteuert werden, insbesondere für Substrate, die in laminierten Batterien verwendet werden. Übermäßige Größenabweichung führt zu einer schlechten Elektrodenausrichtung und einer Effizienz der Ladungspflicht. Nach dem Schneiden ist eine Oberflächenaktivierungsbehandlung erforderlich: Einweichen Sie die Kohlefaser in 5% -10% Salpetersäurelösung, behandeln Sie sie 2 Stunden lang bei 60 ° C, nehmen Sie sie aus und spülen Sie sie mit entionisiertem Wasser bis zum neutralen Spülen. Nach dem Trocknen kann die Anzahl der Oberflächenhydroxylgruppen um mehr als 30%erhöht werden, wodurch die Bindungskraft mit elektroden aktiven Materialien verbessert wird. Das behandelte Substrat sollte innerhalb von 48 Stunden mit Elektroden beschichtet werden, um eine Abbaus der Oberflächenaktivität aufgrund einer langfristigen Exposition zu vermeiden.
Einfluss des Gesetzes der Kohlefaser -Filz -Isolationsschichtdicke beim Wärmeisolierungseffekt
Wenn Kohlefaserfilm als Isolationsschicht von Hochtemperaturgeräten verwendet wird, ist die Beziehung zwischen ihrer Dicke und ihrer thermischen Isolierungseffekt nichtlinear und muss wissenschaftlich entsprechend der Arbeitstemperatur der Geräte konzipiert werden. Im Bereich von Raumtemperatur bis 500 ° C verbessert sich der thermische Isolierungseffekt mit zunehmender Dicke signifikant: Wenn die Dicke von 5 mm auf 20 mm ansteigt, nimmt die thermische Leitfähigkeit von 0,05 W/(m · k) bis 0,02 W/(M · k) ab, und die thermische Isolationsleistung erhöht sich durch 60%. überweisen. Wenn die Temperatur 800 ° C überschreitet, schwächt der Einfluss der Dicke auf den thermischen Isolierungseffekt schwächt-wenn die thermische Leitfähigkeit von 20 mm auf 30 mm zunimmt, nimmt die thermische Leitfähigkeit um nur 5%bis 8%ab, da die Wärmestrahlung zum Hauptwärmeübertragungsmodus bei hohen Temperaturen wird, und die Dicke hat einen begrenzten Einfluss auf die Verringerung des Wärmeübertragers. In praktischen Anwendungen müssen Verbundstrukturen gemäß der Arbeitstemperatur ausgewählt werden: Eine einzige Schicht aus Kohlefaserfilz kann unter 500 ° C mit einer Dicke von 10-15 mm verwendet werden; Für 800-1200 ℃ ist eine zusammengesetzte Struktur der Reflexionsschicht „Carbon Fibre Fell Reflective“ erforderlich, dh jeder 10-mm-Kohlefaserfilz wird mit einer Aluminiumfolie-Reflexionsschicht übereinstimmt, die die reflektierende Schicht zum Blockieren der Wärmestrahlung verwendet. Zu diesem Zeitpunkt kann die bei 20 bis 25 mm kontrollierte Gesamtdicke den idealen Effekt erzielen, und übermäßige Dicke erhöht die Last der Ausrüstung. Während der Installation ist es erforderlich, sicherzustellen, dass die Isolationsschicht nahtlos ist, wobei 5-10 mm überlappend an den Fugen und mit hochtemperaturbeständigen Gewindestichen befestigt sind, um zu verhindern, dass heiße Luft durch die Lücken eindringt.
Implementierungsmethoden zur Verbesserung der Stärke des Kohlefaserfilms durch chemische Behandlung
Um die Stärke des Kohlefaserfilms durch chemische Behandlung zu verbessern, ist es notwendig, einen Imprägnierungs-H-Prozess zu übernehmen, um die Gesamtstruktur zu stärken und auf die schwache Bindungskraft zwischen seinen Fasern abzurichten. Eine häufig verwendete Methode ist die Harzimregnierungsbehandlung: Wählen Sie hochtemperaturresistentes Epoxidharz (Temperaturresistenz ≥200 ℃), mischen Sie es mit einem Aushärtungsmittel bei einem Verhältnis von 10: 1, fügen Sie eine geeignete Menge an Aceton hinzu, um eine Viskosität von 500 bis 800 mPa zu verdünnen. Um sicherzustellen, dass das Harz vollständig in die Poren eindringt. Nehmen Sie es aus und drücken Sie es mit einer Walze, um den Harzgehalt auf 30% -40% des Filzgewichts zu kontrollieren (Überschuss erhöht das Gewicht, während unzureichend den Stärkungseffekt einschränkt). Vorhanden Sie es dann in einem Ofen bei 120 ° C vor, und erhitzen Sie es dann für 2 Stunden auf 180 ℃, um 2 Stunden zu heilen, sodass das Harz eine Drei-Mangel-Struktur zu einer dünnen Netzwerkstruktur bildet. Nach dieser Behandlung kann die Zugfestigkeit von Kohlefaserfilmen um 50%-80%erhöht werden, und die Tränenwiderstand wird stärker verbessert. Für Szenarien, die eine höhere Stärke erfordern, kann die Behandlung mit Kohlenstoffnanoröhrenmodifikationen angewendet werden: Einweichen Sie die Kohlefaser-Filz in einer Carbon-Nanoröhrchen-Dispersion (Konzentration 0,5%-1%), führen Sie 30 Minuten lang Ultraschallbehandlung durch, um die Kohlenstoffnanoröhren an der Faseroberfläche zu erzeugen, und zwar bei 800 ℃ für 1 Stunde unter dem Schutz des Schutzes von Fasern. Kohlenstoffnanoröhren bilden eine „Überbrückungsstruktur“ zwischen den Fasern, wodurch die Festigkeit weiter verbessert wird, während der Hochtemperaturwiderstand des Materials beibehält. Die behandelte Kohlefaserfilme muss sich an Krafttests unterziehen, um sicherzustellen, dass die Zugfestigkeit ≥ 50 MPa beträgt, was den strukturellen Lageranforderungen entspricht.
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