¿Cómo puede el fieltro de la fibra de carbono satisfacer las demandas técnicas de materiales de alto rendimiento en múltiples campos?

Por qué el fieltro de fibra de carbono se convierte en la opción preferida para materiales de alto rendimiento en varios campos

Fieltro de fibra de carbono , con sus propiedades compuestas de peso ligero, alta resistencia a la temperatura y alta resistencia, se ha convertido en una alternativa clave a los materiales tradicionales en protección ambiental, energía, aeroespacial y otros campos. Sus ventajas centrales provienen de su estructura y composición únicas: una red porosa formada por fibras de carbono entrelazadas desordenadas no solo conserva la alta resistencia de las fibras de carbono (resistencia a la tracción de hasta 3000MPa o más) sino que también posee una excelente permeabilidad del aire y adsorción debido a su porosidad (generalmente 40%-80%). En términos de peso, el fieltro de fibra de carbono tiene una densidad de solo 1.6-2.0 g/cm³, menos de una cuarta parte del acero, pero puede resistir temperaturas superiores a 2000 ℃, excediendo con creces el límite de resistencia al calor de los materiales metálicos. Esta característica lo hace adecuado para aplicaciones de filtración de alta temperatura (como el tratamiento de gases de combustión del horno industrial), donde puede tolerar las temperaturas de gases altos de combustión al interceptar partículas a través de su estructura porosa. En el sector energético, cuando se usa como sustrato de electrodo de batería, puede satisfacer simultáneamente las necesidades de conductividad y permeabilidad de electrolitos. Además, el fieltro de fibra de carbono exhibe una estabilidad química extremadamente fuerte y apenas reacciona con ácidos o álcalis, excepto por algunos oxidantes fuertes, lo que lo hace adecuado para el uso a largo plazo en entornos corrosivos. En comparación con los materiales alternativos como el fieltro de fibra de vidrio, tiene una mejor resistencia a la fatiga y es menos propenso a la fragilidad y la fractura después del estrés repetido, ocupando así una posición irremplazable en aplicaciones de alta gama que requieren rendimiento y longevidad.

Pruebas de eficiencia y aplicación de fibra de carbono en filtración de humo de alta temperatura

En escenarios de filtración de humo de alta temperatura, como hornos industriales e incineración de residuos, la eficiencia de filtración y la estabilidad de la fibra de carbono se sienten de verificar a través de pruebas estandarizadas. Un método de prueba comúnmente utilizado es el "experimento de simulación de gases de combustión de alta temperatura": corrige una muestra de fieltro de fibra de carbono de 5-10 mm de espesor en un dispositivo de filtración, introduce gases de combustión simulados que contengan partículas con un diámetro de 0.1-10 μm (temperatura establecida a 800-1200 ℃, velocidad de flujo 1.5-2M/s) y medir la concentración de partículas antes y después de la filtración después de las 24 horas de continuidad de continua. El estándar calificado es que la eficiencia de filtración para partículas mayores de 0.3 μm es ≥99%, y el aumento de la resistencia a la filtración no excede el 30% del valor inicial. En aplicaciones prácticas, los métodos de tratamiento deben seleccionarse de acuerdo con la composición de gases de combustión: para gases de combustión que contienen gases ácidos (como la niebla de ácido sulfúrico), el fieltro de fibra de carbono tratado con silano debe usarse para mejorar la resistencia a la corrosión a través de la modificación de la superficie; Para los escenarios que contienen partículas aceitosas, el cuerpo de fieltro debe tratarse con un recubrimiento hidrofóbico para evitar el bloqueo de los poros. Durante la instalación, el fieltro de fibra de carbono debe convertirse en bolsas de filtro plisadas para aumentar el área de filtración mientras reduce la resistencia al aire, con un espacio de 10-15 cm entre las bolsas de filtro para garantizar un paso uniforme de gas de combustión. Durante el uso, la limpieza posterior de alta temperatura (con el aire comprimido de 200-300 ℃ para la purga inversa) debe realizarse cada 3-6 meses para eliminar las partículas unidas a la superficie y mantener la estabilidad de la eficiencia de la filtración.

Análisis comparativo de la resistencia a la corrosión entre el fieltro de fibra de carbono y el fieltro de fibra de vidrio

La diferencia en la resistencia a la corrosión entre el fieltro de fibra de carbono y el fieltro de fibra de vidrio se refleja principalmente en la estabilidad química y la adaptabilidad ambiental, y la selección debe basarse en las características medias del escenario de uso. En ambientes ácidos (como el tratamiento de aguas residuales industriales con pH 2-4), el fieltro de fibra de carbono muestra ventajas significativas: su componente principal es el carbono, que tiene una fuerte inercia química. Cuando está en contacto a largo plazo con ácidos no oxidantes como el ácido clorhídrico y el ácido sulfúrico, la tasa de pérdida de peso es inferior al 1% por año, mientras que el fieltro de fibra de vidrio (que contiene dióxido de silicio) se corroerá por el ácido debido al enlace de oxígeno de silicio, con una tasa de pérdida de peso de 5% -8% por año, y la superficie mostrará su valla. En los entornos alcalinos (como los sistemas de desulfuración de gases de combustión con pH 10-12), la resistencia a la corrosión de los dos es relativamente similar, pero el fieltro de fibra de carbono tiene una mejor capacidad anti-Embritlement: la fibra de vidrio de glass perderá gradualmente la dureza bajo la acción a largo plazo de la fibra de ajuste fuerte y es propensa a la fractura bajo la fuerza externa, mientras que la tasa de retención de propiedades mecánicas de la propiedad de la propiedad puede alcanzar el fibra de fibra de carbono. Para los entornos que contienen fluoruros (como el tratamiento con gas residual en las células electrolíticas de las plantas de aluminio), la tolerancia de la fibra de carbono que se siente es muy superior a la de la fieltro de fibra de vidrio, porque los iones de fluoruro reaccionarán con silicio en vidrio para formar gas de fluoruro de silicio, que conduce a la degradación de materiales, mientras que la fibra de carbono no reacciona con TI. Además, el fieltro de fibra de carbono apenas se ve afectado en solventes orgánicos (como el tolueno y la acetona), mientras que el recubrimiento de resina de fibra de vidrio puede disolverse, lo que resulta en una estructura suelta.

Puntos clave en la tecnología de procesamiento y corte para sustratos de electrodo de batería de fieltro de fibra de carbono

Al procesar la fieltro de fibra de carbono en sustratos de electrodos de la batería, la precisión de corte y el tratamiento de la superficie afectan directamente el rendimiento del electrodo, lo que requiere un control estricto de los detalles del proceso. Antes de cortar, el fieltro de fibra de carbono debe ser pretratado: colóquelo plano en un entorno con una temperatura de 20-25 ℃ y una humedad del 40% -60% durante 24 horas para eliminar el estrés interno en el material y evitar la deformación después del corte. Las máquinas de corte láser deben usarse para cortar, con potencia láser establecida en 50-80W y velocidad de corte 50-100 mm/s. Este método puede evitar el desprendimiento de fibra de borde causado por el corte mecánico, y al mismo tiempo, la ventaja de corte se derrite instantáneamente por alta temperatura para formar un borde sellado liso, reduciendo el desprendimiento de la impureza de la fibra en el uso posterior. El error de tamaño de corte debe controlarse dentro de ± 0.1 mm, especialmente para sustratos utilizados en baterías laminadas. La desviación del tamaño excesiva conducirá a una alineación de electrodos deficiente y afectará la eficiencia de carga de carga. Después del corte, se requiere tratamiento de activación de la superficie: remoje la fieltro de fibra de carbono en una solución de ácido nítrico al 5% -10%, trátelo a 60 ℃ durante 2 horas, sácalo y enjuague con agua desionizada hasta que sea neutral. Después del secado, el número de grupos hidroxilo de superficie se puede aumentar en más del 30%, mejorando la fuerza de enlace con materiales activos de electrodos. El sustrato tratado debe recubrir con electrodos dentro de las 48 horas para evitar la degradación de la actividad superficial debido a la exposición a largo plazo.

Influencia de la ley de la fibra de carbono Fibra de espesor de la capa de aislamiento en el efecto de aislamiento térmico

Cuando el fieltro de fibra de carbono se usa como la capa de aislamiento de equipos de alta temperatura, la relación entre su grosor y el efecto de aislamiento térmico no es lineal, y debe diseñarse científicamente de acuerdo con la temperatura de trabajo del equipo. In the range from room temperature to 500℃, the thermal insulation effect improves significantly with the increase of thickness: when the thickness increases from 5mm to 20mm, the thermal conductivity decreases from 0.05W/(m·K) to 0.02W/(m·K), and the thermal insulation performance increases by 60%, because the increased thickness extends the heat conduction path, and the static air layer in the pores hinders heat transferir. Cuando la temperatura excede los 800 ℃, la influencia del grosor en el efecto de aislamiento térmico se debilita, al aumentar de 20 mm a 30 mm, la conductividad térmica disminuye en solo un 5%-8%, porque la radiación de calor se convierte en el modo principal de transferencia de calor a altas temperaturas, y simplemente aumenta el espesor limitado en la reducción de la transferencia de calor de la radiación. En aplicaciones prácticas, las estructuras compuestas deben seleccionarse de acuerdo con la temperatura de trabajo: una sola capa de fieltro de fibra de carbono se puede usar por debajo de 500 ℃, con un espesor de 10-15 mm; Para 800-1200 ℃, se requiere una estructura compuesta de "capa reflectante de fieltro de fibra de carbono", es decir, cada fieltro de fibra de carbono de 10 mm se combina con una capa reflectante de aluminio, que usa la capa reflectante para bloquear la radiación de calor. En este momento, el grosor total controlado a 20-25 mm puede lograr el efecto ideal, y el grosor excesivo aumentará la carga del equipo. Durante la instalación, es necesario asegurarse de que la capa de aislamiento sea perfecta, con una superposición de 5-10 mm en las juntas, y fijado con costuras de rosca resistentes a alta temperatura para evitar que el aire caliente penetre a través de los huecos.

Métodos de implementación para mejorar la resistencia de la fibra de carbono a través del tratamiento químico

Para mejorar la resistencia de la fibra de carbono que se siente a través del tratamiento químico, es necesario adoptar un proceso de inscripción de impregnación para fortalecer la estructura general, apuntando a la fuerza de unión débil entre sus fibras. Un método de uso común es el tratamiento de impregnación de resina: seleccionar resina epoxi resistente a alta temperatura (resistencia a la temperatura ≥200 ℃), mezclarlo con un agente de curación en una relación de 10: 1, agregue una cantidad apropiada de acetona para diluir a una viscosidad de 500-800mPa · S, completamente inmerso en la fibra de carbono en TI y defoam en un entorno vacío (--09M. Para garantizar que la resina penetre completamente en los poros. Sácalo y expríquelo con un rodillo para controlar el contenido de resina al 30% -40% del peso fieltro (el exceso aumentará el peso, mientras que insuficiente limitará el efecto de fortalecimiento), luego curarlo en un horno a 120 ℃ durante 1 hora, y luego calentará a 180 ℃ para curar durante 2 horas, de modo que la resina forma una estructura de red tridimensional a la red de carbono a la fibra de carbono. Después de este tratamiento, la resistencia a la tracción de la fibra de carbono se puede incrementar en un 50%-80%, y la resistencia a la rotura mejora más significativamente. Para los escenarios que requieren una mayor resistencia, se puede utilizar un tratamiento de modificación de nanotubos de carbono: remoja el fieltro de fibra de carbono en una dispersión de nanotubos de carbono (concentración 0.5%-1%), realice un tratamiento ultrasónico durante 30 minutos para hacer que los nanotubos de carbono se adhieran a la superficie de fibra, luego carbonizan a 800 ℃ durante 1 hora bajo la protección de los gases inútil. Los nanotubos de carbono formarán una estructura de "puente" entre las fibras, mejorando aún más la resistencia al tiempo que conserva la resistencia a alta temperatura del material. El fieltro de fibra de carbono tratado necesita someterse a pruebas de resistencia para garantizar que la resistencia a la tracción sea ≥50MPa, cumpliendo con los requisitos de rodamiento estructural.