Fremstillingsprocessen for kulfiberprecursorfilamenter er en kompleks og indviklet procedure, der direkte bestemmer ydeevnen og kvaliteten af det endelige kulfiberprodukt.
Forberedelse af råvarer
Det primære råmateriale til kulfiberprecursorfilamenter er acrylonitrilmonomer; derudover skal comonomerer (såsom itaconsyre, methylacrylat osv.) inkorporeres for at forbedre fiberens egenskaber. Under råvarefremstillingsfasen gennemgår acrylonitrilmonomeren en rensning for at fjerne urenheder og fugt og derved sikre råmaterialets renhed. Samtidig, baseret på produktionskrav, vejes de forskellige monomerer og additiver nøjagtigt og for-blandes for at forberede den efterfølgende polymerisationsreaktion.
Polymerisation
Polymerisering er kernetrinet i produktionen af kulfiberprecursorfilamenter. I løbet af dette trin indføres præ-blandede monomerer og additiver i en polymerisationsreaktor; under påvirkning af en katalysator finder en fri-radikal polymerisationsreaktion sted til fremstilling af polyacrylonitril (PAN) polymer. Betingelserne for polymerisationsreaktionen-såsom temperatur, tryk og reaktionstid-har en væsentlig indflydelse på polymerens molekylvægt, molekylvægtfordeling og struktur. Derfor skal reaktionsbetingelserne være strengt kontrolleret for at sikre stabiliteten af polymerens egenskaber.
Spinning
Spinding er det kritiske trin i omdannelsen af polyacrylonitrilpolymeren til fibre. De primære anvendte spinningsmetoder er vådspinding og tørspinding. Ved vådspinding ekstruderes polymeropløsningen gennem en spindedyse ind i et koagulationsbad; opløsningsmidlet i opløsningen diffunderer hurtigt ind i badet, hvilket får polymeren til at størkne til fibre. Ved tørspinding ekstruderes polymeropløsningen gennem en spindedyse ind i en strøm af varm luft; opløsningsmidlet fordamper, og polymeren størkner til fibre. Under spindeprocessen skal parametre som formen og størrelsen af spindedyseåbningerne samt spindehastigheden kontrolleres omhyggeligt for at opnå fibre med den ønskede tværsnitsform og -dimensioner.
Efter-behandling
Efter-behandling udgør det sidste trin i produktionen af kulfiberprecursorfilamenter, der omfatter trin som vask, strækning, tørring og opvikling. Vask tjener til at fjerne resterende opløsningsmidler og urenheder fra fiberoverfladen; strækning udføres for at forbedre fiberens orientering og krystallinitet og derved forbedre dens mekaniske egenskaber; tørring eliminerer fugt fra fibrene for at forhindre dannelse af meldug under opbevaring; og vikling involverer spole af de tørrede fibre på spoler for at lette efterfølgende bearbejdning og anvendelse.
