Polipropilena (PAN), juga dikenali sebagai ester etilena polisianat atau Kronospan 61, ialah polimer organik separa kristal sintetik dengan formula molekul (C3H13N)n. Walaupun ia termoplastik, ia tidak cair dalam keadaan biasa tetapi mengalami proses penguraian sebelum cair. Jika kadar pemanasan mencapai 50 darjah Celsius atau lebih tinggi seminit, ia akan cair pada suhu melebihi 300 darjah Celsius. Hampir semua resin PAN ialah kopolimer yang diperbuat daripada campuran monomer dengan akrilonitril sebagai monomer utama. Ia ialah polimer serba boleh yang digunakan untuk menghasilkan pelbagai produk, termasuk membran ultrapenapisan, gentian berongga untuk osmosis terbalik, gentian tekstil dan gentian PAN teroksida. Gentian PAN ialah pelopor kimia kepada gentian karbon berkualiti tinggi. Pertama, pengoksidaan terma di udara pada suhu 230 darjah Celsius membentuk gentian poliakrilonitril (PAN) teroksida, yang kemudiannya dikarbonkan dalam atmosfera lengai pada suhu melebihi 1000 darjah Celsius untuk menghasilkan gentian karbon. Serat karbon digunakan secara meluas dalam pelbagai aplikasi berteknologi tinggi dan harian, seperti struktur primer dan sekunder pesawat awam dan tentera, peluru berpandu, enjin roket propelan pepejal, bekas tekanan, joran pancing, raket tenis dan rangka basikal. PAN juga merupakan unit berulang dalam banyak kopolimer penting, seperti plastik stirena-akrilonitril (SAN) dan akrilonitril-butadiena-stirena (ABS).
Berdasarkan bahan mentah, gentian karbon boleh dikelaskan kepada gentian karbon berasaskan poliakrilonitril, gentian karbon berasaskan pic, gentian karbon berasaskan rayon dan gentian karbon yang ditumbuhkan wap. Gentian karbon berasaskan poliakrilonitril: Gentian karbon berasaskan poliakrilonitril dihasilkan melalui pelbagai proses termasuk pemintalan, pra-pengoksidaan dan pengkarbonan poliakrilonitril. Ia mempunyai kekuatan tinggi, kekakuan tinggi, ringan, rintangan suhu tinggi, rintangan kakisan, sifat elektrik yang sangat baik dan kekuatan mampatan dan lenturan yang kuat, dan telah lama memegang kedudukan dominan dalam bidang bahan komposit bertetulang.
Serat karbon berasaskan pitch: Serat karbon berasaskan pitch diperbuat daripada pitch petroleum atau pitch tar arang batu melalui proses seperti penapisan pitch, pemintalan, pra-pengoksidaan, pengkarbonan atau penggrafitan. Kos pengeluaran bahan mentahnya lebih rendah daripada serat karbon berasaskan poliakrilonitril. Serat karbon berasaskan rayon; Serat karbon berasaskan rayon diperoleh melalui dehidrasi, pirolisis dan pengkarbonan serat viskos berasaskan selulosa.
Struktur kimia dan proses penyediaan
Struktur molekul
Rantai molekul PAN adalah berdasarkan unit akrilonitril (-CH₂-CH(CN)-) dan membentuk struktur linear melalui pempolimeran radikal bebas. Pengenalan komonomer (seperti metil akrilat dan metil metakrilat) dapat meningkatkan prestasi pemintalan dan kebolehcelupan. Selepas pengkarbonan, rantai molekul dinyahhidrogenasi dan disusun semula menjadi struktur seperti grafit dengan kandungan karbon lebih daripada 93%.
Pempolimeran: Akrilonitril dan komonomer dipolimerkan dalam pelarut (seperti DMF, natrium tiosianat) untuk menghasilkan larutan stok PAN.
Berputar: Pemintalan basah atau pemintalan kering-basah digunakan untuk membentuk gentian primer. Bilangan lubang spinneret boleh mencapai 200-300 lubang, dan julat ketumpatan linear gentian adalah luas (1.7-5.0 dtex).
Pra-pengoksidaan: Rawatan haba dalam atmosfera udara pada suhu 200-300℃ untuk membentuk struktur tangga berkitar dan meningkatkan kestabilan terma.
Pengkarbonan: Rawatan suhu tinggi (1000-2000℃) dalam atmosfera lengai (seperti argon) untuk menyingkirkan unsur bukan karbon dan membentuk mikrokristal grafit.
Penggrafitan: Rawatan melebihi 2500℃ boleh meningkatkan lagi modulus dan digunakan untuk bahan gred aeroangkasa.
Ciri-ciri prestasi poliakrilonitril (PAN)
-
Polimer Poliakrilonitril (PAN):
-
Polimer termoplastik separa kristal sintetik yang terurai sebelum lebur dalam keadaan biasa.
-
Memerlukan pemanasan yang sangat cepat (melebihi 50°C/min) untuk mencair (melebihi 300°C) tanpa degradasi terlebih dahulu.
-
Dari segi sejarah, ia mencabar untuk diproses disebabkan oleh kebolehresapan dan kekurangan keterlarutan dalam pelarut perindustrian biasa; memerlukan pelarut khusus (contohnya, DMF, cecair ionik) untuk pemprosesan larutan.
-
Gentian Karbon berasaskan PAN:
-
Ciri-ciri Prestasi Utama: Kekuatan tinggi, kekakuan tinggi, ringan, rintangan suhu tinggi, rintangan kakisan, kekonduksian elektrik yang sangat baik, dan rintangan mampatan dan lenturan yang kuat.
-
Proses Pengeluaran: Serat prekursor PAN menjalani penstabilan haba (pengoksidaan) di udara (~230°C) diikuti oleh pengkarbonan dalam atmosfera lengai (>1000°C).
Medan aplikasi poliakrilonitril (PAN)
-
-
Digunakan untuk menghasilkan gentian tekstil (contohnya, gentian akrilik seperti Orlon).
-
Digunakan dalam membran ultrafiltrasi dan gentian berongga untuk osmosis terbalik.
-
Berfungsi sebagai pelopor kimia untuk gentian karbon berkualiti tinggi.
-
Komponen utama dalam kopolimer penting seperti plastik Stirena-Akrilonitril (SAN) dan Akrilonitril Butadiena Stirena (ABS).
-
Gentian Karbon berasaskan PAN:
-
Aplikasi Utama: Bahan komposit bertetulang berprestasi tinggi, mengekalkan kedudukan dominan dalam bidang ini.
-
-
Aeroangkasa & Pertahanan: Struktur primer dan sekunder dalam pesawat awam dan tentera, peluru berpandu, motor roket propelan pepejal, bekas tekanan.
-
Barangan Sukan: Joran pancing, raket tenis, rangka basikal.
Parameter teknikal poliakrilonitril (PAN)
| Barangan |
Ketumpatan Linear |
Kekuatan Tegangan |
Pemanjangan |
Kandungan Minyak |
| Unit |
g/m |
CN/dtex |
% |
% |
| 1 ribu |
0.118-0.122 |
≥6.20 |
11±2 |
1.5±0.3 |
| 3K |
0.353-0.367 |
≥6.20 |
11±2 |
1.5±0.3 |
| 6K |
0.705-0.735 |
≥6.0 |
13±2 |
1.2±0.2 |
| 12 ribu |
1.470-1.530 |
≥6.0 |
15±2 |
1.2±0.2 |
| 25 ribu |
2.890-3.010 |
≥6.20 |
15±2 |
1.2±0.2 |
| 35 ribu |
3.945-4.105 |
≥6.20 |
15±2 |
1.2±0.2 |
| 50 ribu |
5.635-5.865 |
≥6.0 |
15±2 |
1.2±0.2 |
Medan aplikasi poliakrilonitril (PAN)
Perlindungan alam sekitar dan kos: Pengeluaran PAN bergantung pada akrilonitril (menyumbang 45% daripada kos), dan akrilonitril berasaskan bio perlu dibangunkan untuk mengurangkan pelepasan karbon. Rawatan air sisa (seperti pemulihan DMF) adalah tumpuan pengoptimuman proses.
Kejayaan prestasi: Pengubahsuaian nano: mendop nanotube karbon atau grafena untuk meningkatkan kekuatan ikatan antara muka.
Tenunan 3D: membangunkan prabentuk berbilang dimensi untuk memenuhi keperluan komponen kompleks.
Pembuatan Hijau: Teknologi pengkarbonan suhu rendah (<1000℃) mengurangkan penggunaan tenaga. Teknologi kitar semula gentian karbon kitar semula (kaedah penyahpolimeran kimia) dikomersialkan secara beransur-ansur.
