Le processus de fabrication des filaments précurseurs de fibre de carbone est une procédure complexe et complexe qui détermine directement les performances et la qualité du produit final en fibre de carbone.
Préparation des matières premières
La matière première principale des filaments précurseurs de fibres de carbone est le monomère acrylonitrile ; de plus, des comonomères (tels que l'acide itaconique, l'acrylate de méthyle, etc.) doivent être incorporés pour améliorer les propriétés de la fibre. Pendant la phase de préparation de la matière première, le monomère acrylonitrile subit une purification pour éliminer les impuretés et l'humidité, garantissant ainsi la pureté de la matière première. Parallèlement, en fonction des exigences de production, les différents monomères et additifs sont pesés avec précision et pré-mélangés pour préparer la réaction de polymérisation ultérieure.
Polymérisation
La polymérisation est l’étape essentielle de la production de filaments précurseurs de fibres de carbone. Au cours de cette étape, des monomères et additifs pré-mélangés sont introduits dans un réacteur de polymérisation ; sous l'influence d'un catalyseur, une réaction de polymérisation radicalaire -a lieu pour produire un polymère polyacrylonitrile (PAN). Les conditions de la réaction de polymérisation-telles que la température, la pression et le temps de réaction-ont un impact significatif sur le poids moléculaire, la distribution du poids moléculaire et la structure du polymère. Les conditions de réaction doivent donc être strictement contrôlées pour garantir la stabilité des propriétés du polymère.
Filage
Le filage est l’étape critique dans la conversion du polymère polyacrylonitrile en fibres. Les principales méthodes de filage utilisées sont le filage humide et le filage à sec. Dans le filage humide, la solution de polymère est extrudée à travers une filière dans un bain de coagulation ; le solvant contenu dans la solution diffuse rapidement dans le bain, provoquant la solidification du polymère en fibres. Lors du filage à sec, la solution de polymère est extrudée à travers une filière dans un flux d'air chaud ; le solvant s'évapore et le polymère se solidifie en fibres. Pendant le processus de filage, des paramètres tels que la forme et la taille des orifices de la filière, ainsi que la vitesse de filage, doivent être soigneusement contrôlés pour obtenir des fibres ayant la forme et les dimensions de section transversale souhaitées.
Post-traitement
Le post-traitement constitue l'étape finale de la production de filaments précurseurs de fibres de carbone, comprenant des étapes telles que le lavage, l'étirement, le séchage et l'enroulement. Le lavage sert à éliminer les solvants résiduels et les impuretés de la surface des fibres ; l'étirement est effectué pour améliorer l'orientation et la cristallinité de la fibre, améliorant ainsi ses propriétés mécaniques ; le séchage élimine l'humidité des fibres pour éviter la formation de moisissures pendant le stockage ; et le bobinage consiste à enrouler les fibres séchées sur des bobines pour faciliter le traitement et l'utilisation ultérieurs.
