Предварительно окисленное волокно: устойчивость к высоким температурам для критически важных промышленных применений

Введение

В мире высокопроизводительных волокон, мало материалов занимают более стратегически важное место, чем предварительно окисленные волокна.Преоксидированные волокна находятся в уникальной ценности средней точки, обеспечивая исключительную теплостойкость и огнеупорность по цене, которая делает их практичными для крупномасштабного промышленного использования..

Преоксидированные волокна, также известные как стабилизированные волокна PAN или OPF (оксидированные полиакрилонитриловые волокна),производится путем подвержения полиакрилоннитрилового прекурсора волокна тщательно контролируемому процессу тепловой стабилизацииВ результате получается волокно, которое не плавится, не капает при воздействии пламени, сохраняет свою структурную целостность при температурах более 260°C,и обеспечивает ограничительный индекс кислорода (LOI) от 45 до 60 процентов, что намного превышает стандартные огнеупорные волокна.

Для инженеров и специалистов по закупкам, работающих в отраслях, где воздействие тепла и огня является рутинной операционной реальностью, сталелитейная промышленность, нефтехимические заводы, литейные предприятия,операции сварки, аэрокосмического и противопожарного оборудования - предварительно окисленные волокна - это не роскошь, это необходимость.

В этой статье представлен исчерпывающий обзор предварительного окисления волокна: что это такое, как оно производится, его физические и тепловые свойства, его основные применения в критических отраслях промышленности,соображения обработки, критерии качества и практическое руководство по покупке для тех, кто оценивает этот материал впервые.

Часть 1: Что такое предварительно окисленные волокна?

Преоксидированное волокно - это теплоустойчивая форма полиакрилонитрилового волокна, которая подверглась контролируемому термическому процессу окисления.которые смягчаются и разлагаются при воздействии высоких температур, предварительно окисленное волокно химически преобразовано в теплоустойчивую структуру, устойчивую к теплу и пламени.

Ключевое различие, которое необходимо понять, - это взаимосвязь между предварительно окисленными волокнами и углеродными волокнами.Оба изготавливаются из одного и того же сырья PAN прекурсорные волокна но оба представляют собой разные этапы одного и того же процесса производстваПреоксидированное волокно является промежуточной стадией между предшественником PAN и полностью углеродистым волокном.Он был частично углеродистый в процессе стабилизации, но не подвергался высокотемпературной углеродизации, которая дает истинное углеродное волокно..

Это имеет значение, потому что предварительно окисленные волокна сохраняют многие характеристики обработки обычных текстильных волокон, обеспечивая при этом тепловую производительность, намного превышающую стандартные синтетические волокна.Она может быть обработана на обычном текстильном оборудовании , прокол иглы, пряжа, ткачество в отличие от углеродного волокна, которое требует специализированной обработки.

Чем она отличается от обычных огнеупорных волокон

Преоксидированные волокна с LOI от 45 до 60% означают, что для поддержания сгорания требуется очень высокая концентрация кислорода, намного выше, чем 21% кислорода в обычном воздухе.Это означает, что предварительно окисленное волокно не поддерживает сгорание в нормальных атмосферных условиях.Он просто не сгорит.

Часть 2: Производственный процесс

Производство предварительно окисленного волокна является тщательно контролируемым термическим процессом, который преобразует молекулярную структуру волокна-предшественника PAN.

Этап 1: Выбор и подготовка прекурсоров

Качество конечного предварительно окисленного волокна сильно зависит от качества сырого волокна прекурсора PAN.и равномерный химический состав необходимПрекурсорные волокна обычно поставляются в виде буксировки (непрерывных пучков нитей) и могут быть скремблированы или не скремблированы в зависимости от предполагаемого конечного использования.

Стадия 2: Стабилизация (окисление)

Это критическая стадия преобразования, когда волокно прекурсора PAN проходит через серию контролируемых температурных печей при напряжении.Температура постепенно повышается примерно с 180°C до 300°C в течение 30-120 минут., в зависимости от конкретного продукта и предназначенных свойств.

Во время этого процесса одновременно происходит несколько химических реакций:

• Циклизация:Нитрильные группы (C ̇ N) в полимерной цепи PAN реагируют, образуя кольцевые структуры, создавая теплоустойчивый лестничный полимер.
• Окисление:Кислород из воздуха входит в структуру волокна, еще больше стабилизируя молекулярную структуру.
• Обезвоживание:Атомы водорода удаляются из полимерной цепи, создавая конъюгированные структуры двойных связей, которые способствуют тепловой стабильности.

Волокно меняет цвет во время стабилизации от белого (предшественника) через желтый, коричневый и, наконец, характерный черный цвет полностью стабилизированного предварительно окисленного волокна.Плотность волокна увеличивается примерно с 10,18 г/см3 (предшественник) до 1,35 ∼ 1,40 г/см3 (стабилизированный).

3-й этап: проверка качества

Стабилизированное волокно проверяется на ключевые параметры качества перед выпуском для дальнейшей переработки или продажи:

4 этап: резка и упаковка

Для применения с помощью стейплеров стабилизированный буксир разрезают до требуемой длины стейплеров, обычно от 32 мм до 102 мм в зависимости от применения.Затем вырезанные волокна сжимают в балы и упаковывают для отправки.

Часть 3: Основные физические и тепловые свойства

Глубокое понимание свойств предварительно окисленных волокон имеет важное значение для выбора правильного сорта и разработки эффективных продуктов.

Тепловые свойства

Определяющей характеристикой предварительно окисленных волокон является их тепловая производительность:

• Температура непрерывного использования:200°C-260°C (с минимальным сжатием)
• Краткосрочная экспозиция:Выдерживает кратковременное воздействие на температуру 300°С и выше
• Огнестойкость:Не сжигается на воздухе (21% кислорода)
• МО:45~60% (отличается от степени и степени стабилизации)
• Нет поведения плавления:Волокно не тает и не капает, оно остается углеродным углем.
• Теплопроводность:00,05 ‰ 0,10 W/m·K (низкий ‰ действует как теплоизолятор)

Механические свойства