Varför kolfiberfilt blir det föredragna valet för högpresterande material inom olika områden
Kolfiberfilt , med sina sammansatta egenskaper av låg vikt, hög temperaturbeständighet och hög hållfasthet, har blivit ett nyckelalternativ till traditionella material inom miljöskydd, energi, flyg och andra områden. Dess centrala fördelar härrör från dess unika struktur och sammansättning: ett poröst nätverk bildat av oordnat sammanvävda kolfibrer behåller inte bara kolfibrernas höga hållfasthet (draghållfasthet upp till 3000 MPa eller mer) utan har också utmärkt luftgenomsläpplighet och adsorption på grund av sin porositet (vanligtvis 40%-80%). När det gäller vikt har kolfiberfilt en densitet på endast 1,6-2,0 g/cm³, mindre än en fjärdedel av stålets, men den tål temperaturer över 2000 ℃, vilket vida överskrider värmebeständighetsgränsen för metallmaterial. Denna egenskap gör den lämplig för högtemperaturfiltreringsapplikationer (såsom rökgasbehandling i industriell ugn), där den kan tolerera höga rökgastemperaturer samtidigt som den fångar upp partiklar genom sin porösa struktur. Inom energisektorn, när den används som ett batterielektrodsubstrat, kan den samtidigt uppfylla behoven av konduktivitet och elektrolytpermeabilitet. Dessutom uppvisar kolfiberfilt extremt stark kemisk stabilitet och reagerar knappt med syror eller alkalier förutom några starka oxidanter, vilket gör den lämplig för långvarig användning i korrosiva miljöer. Jämfört med alternativa material som glasfiberfilt har den bättre utmattningsbeständighet och är mindre benägen att spröda och spricka efter upprepad påfrestning, vilket intar en oersättlig position i avancerade applikationer som kräver både prestanda och lång livslängd.
Effektivitetstestning och applicering av kolfiberfilt vid högtemperatur rökfiltrering
I högtemperaturscenarier för rökfiltrering som industriugnar och avfallsförbränning måste filtreringseffektiviteten och stabiliteten hos kolfiberfilten verifieras genom standardiserade tester. En vanlig testmetod är "högtemperatur rökgassimuleringsexperiment": fixera ett 5-10 mm tjockt kolfiberfiltprov i en filtreringsanordning, inför simulerad rökgas som innehåller partiklar med en diameter på 0,1-10 μm (temperatur inställd på 800-1200 ℃, flödeshastighet/mängd 1,5-2 m), före och 4-2 m efter filtreringen timmars kontinuerlig filtrering. Den kvalificerade standarden är att filtreringseffektiviteten för partiklar större än 0,3 μm är ≥99 %, och ökningen av filtreringsmotståndet inte överstiger 30 % av initialvärdet. I praktiska tillämpningar måste behandlingsmetoder väljas enligt rökgassammansättningen: för rökgaser som innehåller sura gaser (såsom svavelsyradimma) bör silanbehandlad kolfiberfilt användas för att förbättra korrosionsbeständigheten genom ytmodifiering; för scenarier som innehåller oljiga partiklar bör filtkroppen behandlas med en hydrofob beläggning för att undvika porblockering. Under installationen måste kolfiberfilt göras till veckade filterpåsar för att öka filtreringsytan samtidigt som luftmotståndet minskar, med ett 10-15 cm avstånd mellan filterpåsarna för att säkerställa jämn passage av rökgas. Under användning bör högtemperatur-back-blow-rengöring (med 200-300 ℃ tryckluft för omvänd spolning) utföras var 3-6:e månad för att avlägsna partiklar som fäster vid ytan och bibehålla stabiliteten i filtreringseffektiviteten.
Jämförande analys av korrosionsbeständighet mellan kolfiberfilt och glasfiberfilt
Skillnaden i korrosionsbeständighet mellan kolfiberfilt och glasfiberfilt återspeglas främst i kemisk stabilitet och miljöanpassningsförmåga, och valet bör baseras på användningsscenariots mediumegenskaper. I sura miljöer (som industriell avloppsvattenrening med pH 2-4) visar kolfiberfilt betydande fördelar: dess huvudkomponent är kol, som har stark kemisk tröghet. Vid långvarig kontakt med icke-oxiderande syror som saltsyra och svavelsyra är viktminskningshastigheten mindre än 1% per år, medan glasfiberfilt (innehållande kiseldioxid) kommer att korroderas av syra på grund av kisel-syrebindningen, med en viktminskningshastighet på 5%-8% per år, och ytan kommer att visa kritning. I alkaliska miljöer (såsom rökgasavsvavlingssystem med pH 10-12) är korrosionsbeständigheten hos de två relativt likartad, men kolfiberfilten har bättre anti-försprödningsförmåga - glasfiberfilt kommer gradvis att förlora seghet under långtidsverkan av stark alkali och är benägen att spricka under yttre kraft, medan den mekaniska filtens andel av filten kan nå mer än 80 % av mekaniska egenskaper. För miljöer som innehåller fluorider (såsom avfallsgasbehandling i elektrolytiska celler i aluminiumanläggningar) är toleransen för kolfiberfilt mycket överlägsen den för glasfiberfilt, eftersom fluoridjoner kommer att reagera med kisel i glas för att bilda kiselfluoridgas, vilket leder till materialnedbrytning, medan kolfiber inte reagerar med det. Dessutom påverkas kolfiberfilt knappast i organiska lösningsmedel (som toluen och aceton), medan hartsbeläggningen av glasfiberfilt kan lösas upp, vilket resulterar i lös struktur.
Nyckelpunkter i bearbetnings- och skärteknik för kolfiberfiltbatterielektrodsubstrat
Vid bearbetning av kolfiberfilt till batterielektrodsubstrat påverkar skärnoggrannhet och ytbehandling direkt elektrodprestanda, vilket kräver strikt kontroll av processdetaljer. Före kapning måste kolfiberfilt förbehandlas: lägg den platt i en miljö med en temperatur på 20-25 ℃ och en luftfuktighet på 40%-60% i 24 timmar för att eliminera inre spänningar i materialet och undvika skevhet efter kapning. Laserskärmaskiner bör användas för skärning, med lasereffekt inställd på 50-80W och skärhastighet 50-100mm/s. Denna metod kan undvika kantfiberavfall orsakad av mekanisk skärning, och samtidigt smälts skäreggen omedelbart av hög temperatur för att bilda en jämn förseglad kant, vilket minskar fiberföroreningsavfall vid efterföljande användning. Skärstorleksfelet bör kontrolleras inom ±0,1 mm, speciellt för substrat som används i laminerade batterier. Överdriven storleksavvikelse leder till dålig elektroduppriktning och påverkar laddnings-urladdningseffektiviteten. Efter kapning krävs ytaktiveringsbehandling: blötlägg kolfiberfilten i 5%-10% salpetersyralösning, behandla den vid 60 ℃ i 2 timmar, ta ut den och skölj den med avjoniserat vatten tills den är neutral. Efter torkning kan antalet ythydroxylgrupper ökas med mer än 30 %, vilket förstärker bindningskraften med elektrodaktiva material. Det behandlade substratet bör beläggas med elektroder inom 48 timmar för att undvika försämring av ytaktivitet på grund av långvarig exponering.
Influenslagen för kolfiberfiltisoleringsskiktets tjocklek på värmeisoleringseffekten
När kolfiberfilt används som isoleringsskikt för högtemperaturutrustning är förhållandet mellan dess tjocklek och värmeisoleringseffekt icke-linjärt, och det måste utformas vetenskapligt i enlighet med utrustningens arbetstemperatur. I intervallet från rumstemperatur till 500 ℃ förbättras värmeisoleringseffekten avsevärt med ökningen av tjockleken: när tjockleken ökar från 5 mm till 20 mm, minskar värmeledningsförmågan från 0,05 W/(m·K) till 0,02 W/(m·K), och värmeisoleringens prestanda ökar och 60 % ökar tjockleken på värmeisoleringsvägen. statiskt luftskikt i porerna hindrar värmeöverföringen. När temperaturen överstiger 800 ℃ försvagas tjocklekens inverkan på värmeisoleringseffekten - när den ökar från 20 mm till 30 mm minskar värmeledningsförmågan med endast 5%-8%, eftersom värmestrålning blir det huvudsakliga värmeöverföringsläget vid höga temperaturer, och att helt enkelt öka tjockleken har en begränsad effekt på att minska strålningsvärmeöverföringen. I praktiska tillämpningar måste kompositstrukturer väljas enligt arbetstemperaturen: ett enda lager kolfiberfilt kan användas under 500 ℃, med en tjocklek på 10-15 mm; för 800-1200 ℃ krävs en sammansatt struktur av "kolfiberfilt reflekterande skikt", det vill säga varje 10 mm kolfiberfilt matchas med ett reflekterande aluminiumfolieskikt, som använder det reflekterande skiktet för att blockera värmestrålning. Vid denna tidpunkt kan den totala tjockleken kontrollerad till 20-25 mm uppnå den ideala effekten, och överdriven tjocklek kommer att öka belastningen på utrustningen. Under installationen är det nödvändigt att se till att isoleringsskiktet är sömlöst, med 5-10 mm överlappning vid fogarna, och fixerat med högtemperaturbeständig trådsömnad för att förhindra att varm luft tränger in genom springorna.
Implementeringsmetoder för att förbättra styrkan hos kolfiberfilt genom kemisk behandling
För att förbättra styrkan hos kolfiberfilten genom kemisk behandling är det nödvändigt att använda en impregneringshärdningsprocess för att stärka den övergripande strukturen, med sikte på den svaga bindningskraften mellan dess fibrer. En vanlig metod är hartsimpregneringsbehandling: välj högtemperaturbeständigt epoxiharts (temperaturbeständighet ≥200 ℃), blanda det med härdare i ett förhållande av 10:1, tillsätt en lämplig mängd aceton för att späda ut till en viskositet av 500-800 mPa·s, känn helt ned i en kolfibermiljö (-0,09 MPa) i 30 minuter för att säkerställa att hartset helt tränger in i porerna. Ta ut den och pressa den med en rulle för att kontrollera hartsinnehållet till 30%-40% av filtvikten (överskott ökar vikten, medan otillräcklig kommer att begränsa den förstärkande effekten), förhärda den sedan i en ugn vid 120 ℃ i 1 timme och värm den sedan till 180 ℃ för härdning under 2 timmar, så att den fasta strukturen blir tredimensionell, kolfibrer. Efter denna behandling kan kolfiberfiltens draghållfasthet ökas med 50%-80%, och rivhållfastheten förbättras mer avsevärt. För scenarier som kräver högre hållfasthet kan modifieringsbehandling av kolnanorör användas: blötlägg kolfiberfilten i en kolnanorörsdispersion (koncentration 0,5%-1%), utför ultraljudsbehandling i 30 minuter för att få kolnanorören att fästa vid fiberytan, förkolna sedan vid 800 ℃ under 1 timmes gasskydd under 1 timme. Kolnanorör kommer att bilda en "överbryggande" struktur mellan fibrer, vilket ytterligare förbättrar styrkan samtidigt som materialets motståndskraft mot höga temperaturer bibehålls. Den behandlade kolfiberfilten måste genomgå hållfasthetstestning för att säkerställa att draghållfastheten är ≥50MPa, vilket uppfyller de strukturella lagerkraven.
Tidigare
