Hvorfor kulfiberfilt bliver det foretrukne valg til højtydende materialer på forskellige områder
Kulfiber filt , med sine sammensatte egenskaber af let vægt, høj temperaturbestandighed og høj styrke, er blevet et nøglealternativ til traditionelle materialer inden for miljøbeskyttelse, energi, rumfart og andre områder. Dens kernefordele stammer fra dens unikke struktur og sammensætning: et porøst netværk dannet af uordentligt sammenvævede kulfibre bevarer ikke kun kulfibrenes høje styrke (trækstyrke op til 3000 MPa eller mere), men har også fremragende luftgennemtrængelighed og adsorption på grund af dets porøsitet (normalt 40%-80%). Med hensyn til vægt har kulfiberfilt en densitet på kun 1,6-2,0 g/cm³, mindre end en fjerdedel af stålets, men alligevel kan den modstå temperaturer over 2000 ℃, hvilket langt overstiger varmebestandighedsgrænsen for metalmaterialer. Denne egenskab gør den velegnet til højtemperaturfiltreringsapplikationer (såsom industriovns røggasbehandling), hvor den kan tolerere høje røggastemperaturer, mens den opfanger partikler gennem dens porøse struktur. I energisektoren kan det, når det bruges som et batterielektrodesubstrat, samtidig opfylde behovene for ledningsevne og elektrolytpermeabilitet. Derudover udviser kulfiberfilt ekstrem stærk kemisk stabilitet og reagerer næsten ikke med syrer eller baser bortset fra nogle få stærke oxidanter, hvilket gør den velegnet til langvarig brug i korrosive miljøer. Sammenlignet med alternative materialer som glasfiberfilt har det bedre udmattelsesbestandighed og er mindre tilbøjelig til at blive skørhed og brud efter gentagne belastninger og indtager dermed en uerstattelig position i avancerede applikationer, der kræver både ydeevne og lang levetid.
Effektivitetstest og påføring af kulfiberfilt i højtemperatur røgfiltrering
I røgfiltreringsscenarier ved høje temperaturer, såsom industriovne og affaldsforbrænding, skal filtreringseffektiviteten og stabiliteten af kulfiberfilt verificeres gennem standardiserede tests. En almindeligt anvendt testmetode er "højtemperatur røggassimuleringseksperiment": fastgør en 5-10 mm tyk kulfiberfiltprøve i en filtreringsanordning, indfør simuleret røggas indeholdende partikler med en diameter på 0,1-10μm (temperatur indstillet til 800-1200 ℃, flowhastighed/partikelkoncentration 1,5-4 m), før og 4-2 m efter filtrering. timers kontinuerlig filtrering. Den kvalificerede standard er, at filtreringseffektiviteten for partikler større end 0,3μm er ≥99%, og stigningen i filtreringsmodstanden ikke overstiger 30% af startværdien. I praktiske applikationer skal behandlingsmetoder vælges i henhold til røggassammensætningen: for røggas, der indeholder sure gasser (såsom svovlsyretåge), bør silanbehandlet kulfiberfilt anvendes til at øge korrosionsbestandigheden gennem overflademodifikation; til scenarier, der indeholder olieagtige partikler, skal filtlegemet behandles med en hydrofob belægning for at undgå poreblokering. Under installationen skal kulfiberfilt laves til plisserede filterposer for at øge filtreringsarealet og samtidig reducere luftmodstanden, med en afstand på 10-15 cm mellem filterposerne for at sikre ensartet passage af røggassen. Under brug skal højtemperatur-backblow-rensning (ved brug af 200-300 ℃ trykluft til omvendt udrensning) udføres hver 3.-6. måned for at fjerne partikler fastgjort til overfladen og bevare filtreringseffektivitetens stabilitet.
Sammenlignende analyse af korrosionsbestandighed mellem kulfiberfilt og glasfiberfilt
Forskellen i korrosionsbestandighed mellem kulfiberfilt og glasfiberfilt afspejles hovedsageligt i kemisk stabilitet og miljøtilpasningsevne, og udvælgelsen bør baseres på brugsscenariets mediumegenskaber. I sure miljøer (såsom industriel spildevandsbehandling med pH 2-4) viser kulfiberfilt betydelige fordele: dens hovedkomponent er kulstof, som har en stærk kemisk inertitet. Ved langvarig kontakt med ikke-oxiderende syrer som saltsyre og svovlsyre er vægttabsraten mindre end 1% om året, mens glasfiberfilt (indeholdende siliciumdioxid) vil blive tæret af syre på grund af silicium-iltbindingen, med en vægttabsrate på 5%-8% om året, og overfladen vil vise kridt. I alkaliske miljøer (såsom røggasafsvovlingssystemer med pH 10-12) er korrosionsbestandigheden af de to relativt ens, men kulfiberfilt har bedre anti-skørhedsevne - glasfiberfilt vil gradvist miste sejhed under den langsigtede virkning af stærk alkali og er tilbøjelig til at bryde under ekstern kraft, mens den mekaniske egenskabsretention kan nå op på mere end 80 % kulfiberfilt. For miljøer, der indeholder fluorider (såsom spildgasbehandling i aluminiumsanlægs elektrolytiske celler), er tolerancen af kulfiberfilt langt overlegen i forhold til glasfiberfilt, fordi fluoridioner vil reagere med silicium i glas for at danne siliciumfluoridgas, hvilket fører til materialenedbrydning, mens kulfiber ikke reagerer med det. Desuden påvirkes kulfiberfilt næsten ikke i organiske opløsningsmidler (såsom toluen og acetone), mens harpiksbelægningen af glasfiberfilt kan være opløst, hvilket resulterer i løs struktur.
Nøglepunkter i forarbejdnings- og skæreteknologi til kulfiberfiltbatterielektrodesubstrater
Ved forarbejdning af kulfiberfilt til batterielektrodesubstrater påvirker skærenøjagtigheden og overfladebehandlingen direkte elektrodeydelsen, hvilket kræver streng kontrol af procesdetaljerne. Før skæring skal kulfiberfilt forbehandles: læg den fladt i et miljø med en temperatur på 20-25 ℃ og luftfugtighed på 40% -60% i 24 timer for at eliminere indre belastninger i materialet og undgå vridning efter skæring. Der skal bruges laserskæremaskiner til skæring, med lasereffekt indstillet til 50-80W og skærehastighed 50-100mm/s. Denne metode kan undgå kantfiberafgivelse forårsaget af mekanisk skæring, og samtidig smeltes skærkanten øjeblikkeligt ved høj temperatur for at danne en glat forseglet kant, hvilket reducerer fiberurenhedsudskillelse ved efterfølgende brug. Skærestørrelsesfejlen skal kontrolleres inden for ±0,1 mm, især for substrater, der anvendes i laminerede batterier. For stor størrelsesafvigelse vil føre til dårlig elektrodejustering og påvirke ladnings-afladningseffektiviteten. Efter skæring kræves overfladeaktiveringsbehandling: læg kulfiberfilten i blød i 5%-10% salpetersyreopløsning, behandl den ved 60 ℃ i 2 timer, tag den ud og skyl den med deioniseret vand, indtil den er neutral. Efter tørring kan antallet af overfladehydroxylgrupper øges med mere end 30%, hvilket øger bindingskraften med elektrodeaktive materialer. Det behandlede substrat bør coates med elektroder inden for 48 timer for at undgå nedbrydning af overfladeaktivitet på grund af langvarig eksponering.
Indflydelsesloven af kulfiberfilt isoleringslagtykkelse på termisk isoleringseffekt
Når kulfiberfilt bruges som isoleringslag af højtemperaturudstyr, er forholdet mellem dets tykkelse og termisk isoleringseffekt ikke-lineært, og det skal være videnskabeligt designet i henhold til udstyrets arbejdstemperatur. I intervallet fra stuetemperatur til 500 ℃ forbedres den termiske isoleringseffekt betydeligt med forøgelsen af tykkelsen: når tykkelsen stiger fra 5 mm til 20 mm, falder den termiske ledningsevne fra 0,05 W/(m·K) til 0,02 W/(m·K), og den termiske isoleringsevne øges med 60 %, fordi den øgede varmeledningsevne øges med 60 %. statisk luftlag i porerne hindrer varmeoverførsel. Når temperaturen overstiger 800 ℃, svækkes tykkelsens indflydelse på den termiske isoleringseffekt - når den øges fra 20 mm til 30 mm, falder den termiske ledningsevne med kun 5%-8%, fordi varmestråling bliver den vigtigste varmeoverførselstilstand ved høje temperaturer, og blot at øge tykkelsen har en begrænset effekt på at reducere strålingsvarmeoverførsel. I praktiske applikationer skal kompositstrukturer vælges i henhold til arbejdstemperaturen: et enkelt lag kulfiberfilt kan bruges under 500 ℃ med en tykkelse på 10-15 mm; for 800-1200 ℃ kræves en sammensat struktur af "kulfiberfilt reflekterende lag", det vil sige, at hver 10 mm kulfiberfilt matches med et reflekterende aluminiumsfolielag, som bruger det reflekterende lag til at blokere varmestråling. På dette tidspunkt kan den samlede tykkelse kontrolleret til 20-25 mm opnå den ideelle effekt, og overdreven tykkelse vil øge udstyrets belastning. Under installationen er det nødvendigt at sikre, at isoleringslaget er sømløst, med 5-10 mm overlap ved samlingerne, og fastgjort med højtemperaturbestandig trådsyning for at forhindre varm luft i at trænge gennem hullerne.
Implementeringsmetoder til at forbedre styrken af kulfiberfilt gennem kemisk behandling
For at øge styrken af kulfiberfilt gennem kemisk behandling er det nødvendigt at anvende en imprægneringshærdningsproces for at styrke den overordnede struktur, med henblik på den svage bindingskraft mellem dens fibre. En almindeligt anvendt metode er harpiksimprægneringsbehandling: vælg højtemperaturbestandig epoxyharpiks (temperaturbestandighed ≥200 ℃), bland den med hærder i et forhold på 10:1, tilsæt en passende mængde acetone for at fortynde til en viskositet på 500-800 mPa·s, filt helt ned i et kulfibermiljø (-0,09 MPa) i 30 minutter for at sikre, at harpiksen trænger helt ind i porerne. Tag den ud og pres den med en rulle for at kontrollere harpiksindholdet til 30%-40% af filtvægten (overskydende vil øge vægten, mens utilstrækkelig vil begrænse den styrkende effekt), derefter forhærde den i en ovn ved 120 ℃ i 1 time, og opvarm den derefter til 180 ℃ for hærdning i 2 timer, så den har en tæt binding i 2 timer. kulfiber. Efter denne behandling kan trækstyrken af kulfiberfilt øges med 50%-80%, og rivemodstanden er mere markant forbedret. Til scenarier, der kræver højere styrke, kan kulstofnanorør modifikationsbehandling bruges: læg kulfiberfilten i blød i en kulstofnanorørsdispersion (koncentration 0,5%-1%), udfør ultralydsbehandling i 30 minutter for at få kulstofnanorørene til at klæbe til fiberoverfladen, og forkul derefter ved 800 ℃ gasbeskyttelse i 1 time. Carbon nanorør vil danne en "brodannende" struktur mellem fibre, hvilket yderligere forbedrer styrken, samtidig med at materialets modstandsdygtighed over for høje temperaturer bevares. Den behandlede kulfiberfilt skal gennemgå styrketestning for at sikre, at trækstyrken er ≥50MPa, hvilket opfylder de strukturelle lejekrav.
Tidligere
