4M demonstreert doorbraak in groot-diameter koolstofvezelproductie met plasma oxidatie technologie

4M Carbon Fiber Corp. (Knoxville, Tenn., VS) kondigde op 23 april aan dat het een koolstofvezel van filamenten met relatief grote diameter heeft geproduceerd met behulp van zijn gepatenteerde plasma oxidatie technologie met een textielkwaliteit polyacrylonitril (PAN) precursor geleverd door een van zijn partners, Dralon GmbH (Dormagen, Duitsland).

4M en Dralon co-ontwikkelden de laagkost, textielkwaliteit PAN precursor in staat om een 10K tow koolstofvezel te produceren met filamenten van ongeveer 9,6 µm in diameter (vergeleken met 6-7 µm in typische vezels). In voorlopig werk met de precursor, zegt 4M dat het een verblijftijd voor de oxidatiefase tijdens koolstofvezelproductie van slechts 52 minuten heeft bereikt. 4M zegt dat dit aanzienlijk sneller is dan conventionele oxidatie van commerciële (kleinere diameter) PAN precursors. 4M zegt dat het werk voortgaat met de textielkwaliteit PAN om materiaaleigenschappen verder te verbeteren en het proces te optimaliseren.

4M merkt op dat tot nu toe groot-diameter koolstofvezels niet op schaal geproduceerd zijn, voornamelijk door uitdagingen gerelateerd aan de oxidatiestap. 4M zegt dat met conventionele oxidatietechnologie, de grotere filamenten lange verblijftijden en extra energie vereisen, wat een koolstofvezel oplevert die niet economisch haalbaar is. Bovendien, zegt 4M, neigen groot-diameter koolstofvezels ertoe subpar prestaties op te leveren als resultaat van defecten geïntroduceerd tijdens conventionele oxidatie. Om deze redenen, zegt 4M, bieden koolstofvezelfabrikanten geen groot-diameter commerciële koolstofvezels aan.

De voordelen van een groot-diameter koolstofvezel zijn lagere kosten en betere prestaties, zegt 4M. Een groter diameter filament introduceert kostenbesparingen doorheen het productieproces, van precursorproductie tot koolstofvezelconversie, het meest zichtbaar in verhoogde massa doorvoer, stelt het bedrijf. Combineer deze besparing met de laagkost precursor die Dralon normaal produceert, en de totale kostenbesparing wordt significant.

Koolstofvezels zijn bekend om hun hoge trekkracht, maar ze zijn niet bijzonder sterk in compressie, vergeleken met glasvezel. Echter, zegt 4M, kunnen groter-diameter koolstofvezels aanzienlijk hogere compressiesterkte hebben. Vooruitgang in dit aspect zou nieuwe toepassingen mogelijk maken alsook groei in bestaande markten, zoals windturbinebladen.