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ThinKing-用于生产可持续高性能纤维的新装备技术

由可再生原料制成的碳纤维,具有与聚丙烯腈(PAN)制成的高性能纤维相同的强度特性? 而这一切的价格都大大降低了?有时候,只要优化一个工艺步骤,就能为材料打开全新的可能性。Centrotherm国际公司的低压工艺在规定的工艺气氛中,在低压下和准数字加热区得环境中进行。这就生产出了低成本的生物基碳纤维,并且显著减少了二氧化碳的排放量。

一目了然:
- 价廉:碳纤维降价25%
- 绿色:以可再生原料为原料(纤维素)
- 稳定:与PAN前体具有相同的强度特征值
- 更快:工艺时间缩短三分之一以上
- 减少二氧化碳排放:通过可再生原料和节能纤维生产,将二氧化碳排放量减少了约30%。
轻量化意味着在合适的地方使用合适的材料。碳纤维是一种比较昂贵的材料。成本高的原因一方面是由于初始材料PAN的采购价格,另一方面是由于高性能纤维的制造工艺耗能大。目前,PAN制成的碳纤维的市场价格约为14至20欧元/千克,这取决于质量。
"我们仔细研究了稳定化工艺步骤,"centrotherm 国际公司新技术高级经理科勒说。"以前的循环风炉碳纤维生产工艺有很大的改进潜力。因此,用于纤维稳定化的中心热低压工艺正在走一条全新的道路。最重要的区别是,该工艺是在低压下运行,并且纤维通过了规定的加热区。系统模块与整体工艺无缝对接,并且可以替代之前的循环风炉。“

低压和精确的温度控制
稳定化的过程是一个放慢的放热反应。如果不加控制,纤维会随着环境空气中的氧气含量变化而燃烧。因此,低压工艺的工艺腔内有负压,而且供氧量较低。因此,不再需要像循环风炉中使用的那种成本高昂的保护气体。此外,即使在相对较低的温度下,工艺室中的负压也能去除前体中的水分和氧气,这对纤维和废气质量都有积极的影响。在此第一加热阶段之后,纤维按照碳化的进度进一步快速加热,以便在减少三分之一以上的工艺时间内实现优化的稳定化。
在供暖方面,该公司利用直接位于工艺室的热源的辐射热。在一个几乎无空气的房间里,纤维被带到所需的温度。因此,避免了诸如循环空气炉中的气流,这些气流会导致下垂纤维的质量下降振荡。

价格便宜约四分之一的高性能纤维
新的工艺方法不仅缩短了工艺时间,对纤维价格也有积极影响。显著减少的工艺空间和优化的保温效果大大提高了工艺的能效。因此,运营成本可减少约三分之一。如果现在用纤维素等可再生原料取代相对昂贵的初始材料PAN(聚丙烯腈),则可进一步降低纤维生产的前体价格和运营成本。
“我们目前假设纤维素制成的碳纤维的最终价格为每千克10至12欧元,” 科勒说。 与基于PAN的高性能光纤相比,光纤价格可以降低约25%。强度值不会打折扣,拉伸强度和拉伸模量相同。科勒说:“因此,由碳制成的部件将能够开拓以前由于成本原因而无法进入的新市场领域。”

“绿色”高性能纤维可显着减少二氧化碳排放量
由可再生原料制成的碳纤维与新的低压技术相结合,与以PAN为基础的碳纤维相比,二氧化碳排放量减少了约30%。这个数值是根据德国纺织材料研究所的计算得出的,是在赫曼努茨博士的指导下与Centrotherm公司联合项目的一部分。对于轻量化而言,二氧化碳足迹的减少为各行业开辟了新的前景,如碳混凝土或碳纤维增强花岗岩在建筑中的应用,碳纤维负荷材料在汽车或航空领域的应用。
 

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