Линии производства углеволокна (УВ)

На сегодняшний день существует экспансия поставок импортного углеволокна на территорию РФ по ценам в несколько раз превышающим мировые. Действующие или развивающиеся производства в России не в состоянии удовлетворить потребление УВ.

Решение: создание высокотехнологичного производства с возможностью производить УВ на базе наиболее перспективных прекурсоров.

Продукция

Углеволокно от 1 до 24К (количество тыс. однонаправленных филаментов в одной волоконной нити).

Стоимость углеволокна складывается в следующем процентном соотношении:
  • производство ПАН или покупка как сырья (44%);
  • окисление (17%);
  • графитизация (12,7%);
  • карбонизация (15,1%);
  • обработка поверхности с последующей упаковкой (10%).
Существенные потери на каждом из производственных циклов, исходя из объёмной массы:
  • производство ПАН, вытяжка (от 1,5 до 3%);
  • оксидирование, окисление (до 4,5% потерь массы);
  • карбонизация (до 50% потери массы);
  • графитизация (до 4,5% массы);
  • обработка поверхности и намотка (возможны редкие повреждения, но они не существенны).
Существующая технология была разработана несколько десятилетий назад. Процесс многостадийный и экологически вредный, требовательный к мерам безопасности на производстве и окружающей среды. Полиакрилонитрил, используемый для получения волокна и служащий сырьём, является тройным сополимером и не плавится без разложения. Именно по этой причине, волокно из него может быть получено только методом формования из растворов. На свойства исходного ПАН – волокна влияют очень много факторов:
  • условия получения полимера;
  • химический состав;
  • условия формования, вытяжки;
  • термообработки;
  • содержание в готовом волокне растворителя;
  • крутка волокна, добавки и прочее.
Сухой процесс немного похож на первый, в котором происходит «мокрая» вытяжка из расплава, за исключением стадии затвердевания сополимера, для которой используют испарение растворителя вместо промывки в коагуляционной ванне и заменяется на нагрев в газовой камере. И в первом и во втором случае используют одни и те же растворители. Потребность в растворителе необходима для создания расплава полимера с последующей вытяжкой при температуре около 220°С.
С повышением температуры начнётся процесс сшивки сополимера в диапазонах 220 – 250°С.

Установка по производству ПАН-прекурсора может быть интегрирована в действующую линию по производству углеволокна. Но для большей гибкости производственной системы эти производственные стадии следует разнести/распараллелить.

Есть четыре основные этапа в производстве ПАН с использованием мономеров акрилонитрила: полимеризация, спиннинг/коагуляции, растяжения и обмотки.