Pourquoi la fibre de carbone en feu devient le choix préféré des matériaux à haute performance dans divers domaines
Fibre de carbone en feutre , avec ses propriétés composites de poids léger, de résistance à haute température et de haute résistance, est devenu une alternative clé aux matériaux traditionnels en matière de protection de l'environnement, d'énergie, aérospatiale et d'autres champs. Ses principaux avantages proviennent de sa structure et de sa composition uniques: un réseau poreux formé par des fibres de carbone entrelacées désordonnées conserve non seulement la forte résistance des fibres de carbone elles-mêmes (résistance à la traction jusqu'à 3000 MPA ou plus) mais possède également une excellente perméabilité de l'air et adsorption due à sa porosité (généralement 40% à 80%). En termes de poids, le feutre en fibre de carbone a une densité de seulement 1,6-2,0 g / cm³, moins d'un quart de celui de l'acier, mais il peut résister aux températures supérieures à 2000 ℃, dépassant de loin la limite de résistance à la chaleur des matériaux métalliques. Cette caractéristique le rend adapté aux applications de filtration à haute température (telles que le traitement industriel des gaz de combustion), où il peut tolérer des températures élevées de gaz de combustion tout en interceptant les particules à travers sa structure poreuse. Dans le secteur de l'énergie, lorsqu'il est utilisé comme substrat d'électrode de batterie, il peut simultanément répondre aux besoins de la conductivité et de la perméabilité de l'électrolyte. De plus, le feutre en fibre de carbone présente une stabilité chimique extrêmement forte et réagit à peine avec les acides ou les alcalis, à l'exception de quelques forts oxydants, ce qui le rend adapté à une utilisation à long terme dans des environnements corrosifs. Par rapport à des matériaux alternatifs comme le feutre des fibres de verre, il a une meilleure résistance à la fatigue et est moins sujet à la fractualité et à la fracture après un stress répété, occupant ainsi une position irremplaçable dans des applications haut de gamme nécessitant des performances et de la longévité.
Test d'efficacité et application de fibre de carbone ressentie dans une filtration de fumée à haute température
Dans les scénarios de filtration de fumée à haute température tels que les fours industriels et l'incinération des déchets, l'efficacité de filtration et la stabilité de la fibre de carbone ont besoin d'être vérifiées par des tests standardisés. Une méthode d'essai couramment utilisée est la «expérience de simulation de gaz de combustion à haute température»: fixer un échantillon en feu de fibre de carbone de 5 à 10 mm d'épaisseur dans un dispositif de filtration, introduire des gaz de combustion simulés contenant des particules avec un diamètre de 0,1 à 10 μm (température réglée à 800-1200 ℃ ℃, débit de 1,5-2m / s), et mesurer la concentration des particules avant et après la filtration après 24 heures de filtre continu. La norme qualifiée est que l'efficacité de filtration pour les particules supérieure à 0,3 μm est ≥99% et que l'augmentation de la résistance à la filtration ne dépasse pas 30% de la valeur initiale. Dans les applications pratiques, les méthodes de traitement doivent être sélectionnées en fonction de la composition des gaz de combustion: pour les gaz de combustion contenant des gaz acides (tels que la brume d'acide sulfurique), la fibre de carbone traitée au silane doit être utilisée pour améliorer la résistance à la corrosion par la modification de la surface; Pour les scénarios contenant des particules grasses, le corps en feutre doit être traité avec un revêtement hydrophobe pour éviter le blocage des pores. Pendant l'installation, le feutre en fibre de carbone doit être transformé en sacs de filtres plissés pour augmenter la zone de filtration tout en réduisant la résistance à l'air, avec un espacement de 10 à 15 cm entre les sacs de filtre pour assurer un passage uniforme des gaz de combustion. Pendant l'utilisation, un nettoyage arrière à haute température (en utilisant 200-300 ℃ de l'air comprimé pour la purge inverse) doit être effectué tous les 3 à 6 mois pour éliminer les particules attachées à la surface et maintenir la stabilité de l'efficacité de filtration.
Analyse comparative de la résistance à la corrosion entre le feutre en fibre de carbone et les fibres de verre
La différence de résistance à la corrosion entre le feutre en fibre de carbone et le feutre en fibre de verre se reflète principalement dans la stabilité chimique et l'adaptabilité environnementale, et la sélection doit être basée sur les caractéristiques moyennes du scénario d'utilisation. Dans les environnements acides (tels que le traitement des eaux usées industrielles avec pH 2-4), le feutre en fibre de carbone montre des avantages importants: sa principale composante est le carbone, qui a une forte inertie chimique. En contact à long terme avec des acides non oxydistes tels que l'acide chlorhydrique et l'acide sulfurique, le taux de perte de poids est inférieur à 1% par an, tandis que les fibres de verre ressenties (contenant du dioxyde de silicium) seront corrodées par l'acide en raison de la liaison en silicium-oxygène, avec un taux de perte de poids de 5% à8% par an, et la surface montrera le chalking. Dans les environnements alcalins (tels que les systèmes de désulfuration des gaz de combustion à pH 10-12), la résistance à la corrosion des deux est relativement similaire, mais la fibre de carbone ressentie a une meilleure capacité anti-embritation - les fibres de verre ressentiront progressivement dans le cadre de l'action à long terme des biens mécaniques de la rétention alcaline de la rétention des fibres de fibres de fibres de carbone. Pour les environnements contenant des fluorures (tels que le traitement des gaz à déchets dans les cellules électrolytiques des plantes en aluminium), la tolérance du feutre en fibre de carbone est de loin supérieure à celle des fibres de verre, car les ions fluorures réagiront avec le silicium dans le verre pour ne pas réagir avec le silicium. De plus, le feutre en fibre de carbone est à peine affecté dans les solvants organiques (tels que le toluène et l'acétone), tandis que le revêtement en résine de fibre de verre peut être dissous, entraînant une structure lâche.
Points clés de la technologie de traitement et de coupe pour les substrats d'électrode de batterie en feutre en fibre de carbone
Lors du traitement de la fibre de carbone ressentie dans des substrats d'électrode de batterie, la précision de coupe et le traitement de surface affectent directement les performances de l'électrode, nécessitant un contrôle strict des détails du processus. Avant la coupe, le feutre en fibre de carbone doit être prétraité: posez-le à plat dans un environnement avec une température de 20-25 ℃ et une humidité de 40% à 60% pendant 24 heures pour éliminer le stress interne dans le matériau et éviter la déformation après la coupe. Les machines de découpe laser doivent être utilisées pour la coupe, avec une alimentation laser réglée à 50-80 W et une vitesse de coupe 50-100 mm / s. Cette méthode peut éviter le dégagement des fibres de bord causée par la découpe mécanique, et en même temps, le bord de coupe est fondu instantanément par une température élevée pour former un bord de scellé lisse, réduisant le dégagement d'impuretés de fibres à usage ultérieur. L'erreur de taille de coupe doit être contrôlée à ± 0,1 mm, en particulier pour les substrats utilisés dans les batteries laminées. Un écart de taille excessive entraînera un mauvais alignement des électrodes et affectera l'efficacité de la décharge de charge. Après la coupe, un traitement d'activation de surface est nécessaire: tremper la fibre de carbone ressentie dans une solution d'acide nitrique à 5% à 10%, traitez-la à 60 ℃ pendant 2 heures, retirez-la et rincez-la avec de l'eau déionisée jusqu'à neutre. Après séchage, le nombre de groupes hydroxyle de surface peut être augmenté de plus de 30%, améliorant la force de liaison avec des matériaux actifs d'électrode. Le substrat traité doit être recouvert d'électrodes dans les 48 heures pour éviter la dégradation de l'activité de surface en raison d'une exposition à long terme.
Influencer la loi de l'épaisseur de la couche d'isolation en fibre de carbone sur l'effet d'isolation thermique
Lorsque le feutre en fibre de carbone est utilisé comme couche d'isolation de l'équipement à haute température, la relation entre son épaisseur et son effet d'isolation thermique est non linéaire et doit être conçue scientifiquement en fonction de la température de travail de l'équipement. Dans la plage de la température ambiante à 500 ℃, l'effet d'isolation thermique s'améliore considérablement avec l'augmentation de l'épaisseur: lorsque l'épaisseur passe de 5 mm à 20 mm, la conductivité thermique diminue de 0,05 W / (M · K) à 0,02W / (M · K), et les performances d'isolation thermique augmentent de 60%, car le transfert de chaleur accrue s'étend sur la conduction de la chaleur, et la couche aérienne statique de la procès. Lorsque la température dépasse 800 ℃, l'influence de l'épaisseur sur l'effet d'isolation thermique s'affaiblit - lorsqu'il augmente de 20 mm à 30 mm, la conductivité thermique diminue de seulement 5% à 8%, car le rayonnement thermique devient le principal mode de transfert de chaleur à des températures élevées et que l'augmentation de l'épaisseur a un effet limité sur la réduction du transfert de chaleur du rayonnement. Dans les applications pratiques, les structures composites doivent être sélectionnées en fonction de la température de travail: une seule couche de feutre en fibre de carbone peut être utilisée en dessous de 500 ℃, avec une épaisseur de 10-15 mm; Pour 800-1200 ℃, une structure composite de «couche réfléchissante en fibre de carbone» est nécessaire, c'est-à-dire que chaque feuille de fibre de carbone de 10 mm est appariée à une couche réfléchissante en aluminium, qui utilise la couche réfléchissante pour bloquer le rayonnement thermique. À l'heure actuelle, l'épaisseur totale contrôlée à 20-25 mm peut atteindre l'effet idéal, et une épaisseur excessive augmentera la charge de l'équipement. Pendant l'installation, il est nécessaire de s'assurer que la couche d'isolation est transparente, avec un chevauchement de 5 à 10 mm aux joints et fixé avec des coutures de filetage résistantes à haute température pour empêcher l'air chaud de pénétrer à travers les lacunes.
Méthodes de mise en œuvre pour améliorer la résistance de la fibre de carbone ressentie par un traitement chimique
Pour améliorer la résistance de la fibre de carbone ressentie par un traitement chimique, il est nécessaire d'adopter un processus d'imprégnation à renforcer la structure globale, visant la faible force de liaison entre ses fibres. Une méthode couramment utilisée est le traitement d'imprégnation de la résine: sélectionnez la résine époxy résistante à haute température (résistance à la température ≥200 ℃), mélangez-la avec l'agent de durcissement à un rapport de 10: 1, ajoutez une quantité appropriée d'acétone pour diluer à une viscosité de 500 à 800mpa · s, entièrement plongeant la fibre de carbone pour lui et diffoam dans un environnement vacar Pour s'assurer que la résine pénètre complètement dans les pores. Sortez-le et serrez-le avec un rouleau pour contrôler la teneur en résine à 30% à 40% du poids en feutre (l'excès augmentera le poids, tandis que insuffisant, il limitera l'effet de renforcement), puis le pré-cure dans un four à 120 ℃ pendant 1 heure, puis le chauffer à 180 ℃ pour la guérison pendant 2 heures, de sorte que la résine forme une structure de réseau tridimensionnelle pour se lier étroitement les fibres de voitures. Après ce traitement, la résistance à la traction du feutre en fibre de carbone peut être augmentée de 50% à 80%, et la résistance à la déchirure est plus significativement améliorée. Pour les scénarios nécessitant une résistance plus élevée, un traitement de modification des nanotubes de carbone peut être utilisé: tremper la fibre de carbone ressentie dans une dispersion de nanotube de carbone (concentration de 0,5% à 1%), effectuer un traitement ultrasonique pendant 30 minutes pour faire en sorte que les nanotubes de carbone adhèrent à la surface de la fibre. Les nanotubes de carbone formeront une structure de «pontage» entre les fibres, améliorant davantage la résistance tout en conservant la résistance à haute température du matériau. Le feutre en fibre de carbone traité doit subir des tests de résistance pour garantir que la résistance à la traction est ≥50 MPA, répondant aux exigences de roulement structurel.
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