Od vlákna k produktu - hlboké pochopenie uhlíkových vlákien

Najprv spoznajte uhlíkové vlákna

Uhlíkové vlákno je vláknový materiál s obsahom uhlíka viac ako 95%. Má vynikajúce mechanické, chemické, elektrické a ďalšie vynikajúce vlastnosti. Je to "kráľ nových materiálov" a strategický materiál, ktorý chýba vo vojenskom a civilnom rozvoji. Známy ako "Čierne zlato".

Ona, známa ako ušľachtilý materiál

Veľa peňazí, palec zlata

Je zbraňou drag racing party a "temným koňom" v materiálovom priemysle

ona je uhlíkové vlákno

To, čo každý vidí, je výrobná linka z uhlíkových vlákien

úplne nezávislý výskum a vývoj 100-tonovej výrobnej linky na uhlíkové vlákna T1000 v mojej krajine

štíhle uhlíkové vlákno

Ako sa vyrába?

Technológia procesu výroby uhlíkových vlákien sa doteraz vyvíjala a dozrela. S neustálym vývojom kompozitných materiálov z uhlíkových vlákien je čoraz viac uprednostňovaný všetkými oblasťami života, najmä silným rastom letectva, automobilov, železníc, veterných čepelí atď. A jeho hnacou úlohou, rozvojom priemyslu uhlíkových vlákien. Vyhliadky sú ešte širšie.

Priemyselný reťazec uhlíkových vlákien možno rozdeliť na dodávateľský a odberateľský. Proti prúdu sa zvyčajne vzťahuje výroba materiálov špecifických pre uhlíkové vlákna; následný prúd sa zvyčajne vzťahuje na výrobu komponentov aplikácie uhlíkových vlákien. Spoločnosti medzi dodávateľským a odberateľským reťazcom ich môžu považovať za poskytovateľov zariadení v procese výroby uhlíkových vlákien. Ako je znázornené na obrázku:

V hornej časti priemyselného reťazca uhlíkových vlákien musí celý proces od surového hodvábu po uhlíkové vlákno prejsť oxidačnou pecou, karbonizačnou pecou, grafizačnou pecou, povrchovou úpravou, dimenzovaním a ďalšími procesmi. Vláknovej štruktúre dominujú uhlíkové vlákna.

Dodávateľský reťazec priemyselného reťazca uhlíkových vlákien patrí petrochemickému priemyslu, ktorý získava akrylonitril hlavne rafináciou ropy, krakovaním, oxidáciou amoniaku a inými procesmi; podniky s uhlíkovými vláknami generujú polyakrylonitril polymerizáciou surovín zložených hlavne z akrylonitrilu a potom ho roztočia, aby získali polyakrylonitril. Polyakrylonitrilové prekurzorové vlákno, uhlíkové vlákno sa získava predoxidáciou a karbonizáciou prekurzorového vlákna a kompozitný materiál z uhlíkových vlákien sa získava spracovaním uhlíkových vlákien a vysoko kvalitnej živice na splnenie aplikačných požiadaviek.

Výrobný proces uhlíkových vlákien zahŕňa hlavne: kreslenie, kreslenie, stabilizáciu, karbonizáciu a grafitizáciu. Ako je znázornené na obrázku:

Výkres: Toto je prvý krok vo výrobnom procese uhlíkových vlákien. Rozdeľuje hlavne suroviny na vlákna, čo je fyzická zmena. Počas tohto procesu dochádza k prenosu hmoty a prenosu tepla medzi rotujúcou kvapalinou a koagulačnou kvapalinou a nakoniec k zrážaniu PAN. Vlákna tvoriace gélovú štruktúru.

Ťahanie: vyžaduje teplotu 100 až 300 stupňov, aby fungovala v spojení s strečingovým efektom orientovaných vlákien. Je tiež kľúčovým krokom vo vysokom modulu, vysokom vystužení, zahusťovaní a zušľachťovaní vlákien PAN.

Stabilita: Termoplastický lineárny makromolekulárny reťazec PAN sa metódou zahrievania a oxidácie pri 400 stupňoch transformuje na neplastovú tepelne odolnú lichobežníkovú štruktúru, takže je pri vysokej teplote neroztavený a nehorľavý, zachováva tvar vlákna a termodynamika je v stabilnom stave.

Karbonizácia: Je potrebné vyhnať bezuhlíkové prvky v PAN pri teplote 1 000 až 2 000 stupňov a nakoniec generovať uhlíkové vlákna s turbostratickou grafitovou štruktúrou s obsahom uhlíka viac ako 90%.

Grafitizácia: Vyžaduje teplotu 2 000 až 3 000 stupňov na premenu amorfných a turbostratických karbonizovaných materiálov na trojrozmerné grafitové štruktúry, čo je hlavným technickým opatrením na zlepšenie modulu uhlíkových vlákien.

Podrobný proces uhlíkových vlákien od výrobného procesu surového hodvábu až po hotový výrobok spočíva v tom, že surový hodváb PAN sa vyrába predchádzajúcim výrobným procesom surového hodvábu. Po predčesávaní mokrým teplom podávača drôtu sa ťažným strojom postupne prenesie do predoxidačnej pece. Po pečení pri rôznych teplotách gradientu v skupine predoxidačných pecí sa vytvoria oxidované vlákna, to znamená predoxidované vlákna; predoxidované vlákna sa po prechode cez stredne teplé a vysokoteplotné karbonizačné pece formujú do uhlíkových vlákien; uhlíkové vlákna sa potom podrobia konečnej povrchovej úprave, dimenzovaniu, sušeniu a iným procesom na získanie produktov z uhlíkových vlákien. . Celý proces nepretržitého podávania drôtu a presná kontrola, malý problém v akomkoľvek procese ovplyvní stabilnú výrobu a kvalitu konečného produktu z uhlíkových vlákien. Výroba uhlíkových vlákien má dlhý procesný tok, mnoho technických kľúčových bodov a vysoké výrobné bariéry. Ide o integráciu viacerých disciplín a technológií.

Vyššie uvedené je výroba uhlíkových vlákien, poďme sa pozrieť na to, ako sa používajú uhlíkové vlákna!

Spracovanie výrobkov z uhlíkových vlákien

1. Rezanie

Prepreg sa vyberie z chladiarenského skladu pri mínus 18 stupňoch. Po prebudení je prvým krokom presné rezanie materiálu podľa schémy materiálu na automatickom rezacom stroji.

2. Dlažba

Druhým krokom je položiť predkožku na pokládku a položiť rôzne vrstvy podľa konštrukčných požiadaviek. Všetky procesy sa vykonávajú laserovým polohovaním.

3. Tvarovanie

Prostredníctvom automatizovaného manipulačného robota sa predlisok odošle do formovacieho stroja na kompresné lisovanie.

4. Rezanie

Po vytvarovaní sa obrobok odošle na pracovnú stanicu rezacieho robota na štvrtý krok rezania a odhrotovania, aby sa zabezpečila rozmerová presnosť obrobku. Tento proces je možné prevádzkovať aj na CNC.

5. Čistenie

Piatym krokom je vykonanie čistenia suchým ľadom na čistiacej stanici, aby sa odstránil uvoľňovací prostriedok, ktorý je vhodný pre následný proces nanášania lepidla.

6. Lepidlo

Šiestym krokom je nanesenie konštrukčného lepidla na stanicu lepiaceho robota. Poloha lepenia, rýchlosť lepidla a výstup lepidla sú presne nastavené. Časť spojenia s kovovými časťami je nitovaná, čo sa vykonáva na nitovacej stanici.

7. Montážna inšpekcia

Po nanesení lepidla sa zmontuje vnútorný a vonkajší panel. Po vytvrdnutí lepidla sa vykoná detekcia modrého svetla, aby sa zabezpečila rozmerová presnosť kľúčových otvorov, bodov, čiar a povrchov.

Uhlíkové vlákno sa ťažšie spracováva

Uhlíkové vlákno má silnú pevnosť v ťahu uhlíkových materiálov a mäkkú spracovateľnosť vlákien. Uhlíkové vlákno je nový materiál s vynikajúcimi mechanickými vlastnosťami.

Pevnosť CFRP z uhlíkových vlákien je výrazne vyššia ako pevnosť GFRP zo sklenených vlákien 

Vezmite si ako príklad uhlíkové vlákno a našu spoločnú oceľ, porovnajte tieto dva obrázky, pevnosť uhlíkových vlákien je okolo 400 až 800 MPa, zatiaľ čo pevnosť obyčajnej ocele je 200 až 500 MPa. Pri pohľade na húževnatosť sú uhlíkové vlákna a oceľ v podstate podobné a neexistuje žiadny zjavný rozdiel.

Uhlíkové vlákno má vyššiu pevnosť a ľahšiu hmotnosť, takže uhlíkové vlákno možno nazvať kráľom nových materiálov. Z dôvodu tejto výhody majú matrica a vlákna pri spracovaní kompozitov vystužených uhlíkovými vláknami (CFRP) zložité vnútorné interakcie, čím sa ich fyzikálne vlastnosti líšia od vlastností kovov. Hustota CFRP je oveľa menšia ako hustota kovov, zatiaľ čo pevnosť je väčšia ako väčšina kovov. Kvôli nehomogenite CFRP sa počas spracovania často vyskytuje vytiahnutie vlákien alebo odpojenie matricových vlákien; CFRP má vysokú tepelnú odolnosť a odolnosť proti opotrebeniu, čo ho robí náročnejším na zariadenia počas spracovania, takže vo výrobnom procese sa vytvára veľké množstvo rezného tepla, čo je vážnejšie pre opotrebenie zariadenia.

Zároveň, s neustálym rozširovaním jeho aplikačných oblastí, sú požiadavky čoraz chúlostivejšie a požiadavky na použiteľnosť materiálov a požiadavky na kvalitu CFRP sú čoraz prísnejšie, čo tiež spôsobuje rast nákladov na spracovanie.

Spracovanie dosiek z uhlíkových vlákien

Po vytvrdnutí a vytvorení dosky z uhlíkových vlákien je potrebné dodatočné spracovanie, ako je rezanie a vŕtanie, pre presné požiadavky alebo potreby montáže. Za rovnakých podmienok parametrov procesu rezania, hĺbky rezu atď. bude mať výber nástrojov a vrtákov rôznych materiálov, veľkostí a tvarov veľmi odlišné účinky. Výsledky spracovania zároveň ovplyvnia aj faktory ako pevnosť, smer, čas a teplota nástrojov a vrtákov.

V procese dodatočného spracovania sa pokúste vybrať ostrý nástroj s diamantovým povlakom a vŕtačkou z masívneho karbidu. Odolnosť nástroja a samotného vrtáka proti opotrebeniu určuje kvalitu spracovania a životnosť nástroja. Ak nástroj a vrták nie sú dostatočne ostré alebo sa nepoužívajú nesprávne, nielenže urýchli opotrebenie, zvýši náklady na spracovanie výrobku, ale tiež spôsobí poškodenie dosky, čo ovplyvní tvar a veľkosť dosky a stabilitu rozmerov otvorov a drážok na doske. Spôsobuje vrstvené trhanie materiálu alebo dokonca zrútenie bloku, čo vedie k zošrotovaniu celej dosky.

Pri vŕtaní dosiek z uhlíkových vlákien platí, že čím vyššia je rýchlosť, tým lepší je efekt. Pri výbere vrtákov je pre plechy z uhlíkových vlákien vhodnejší jedinečný dizajn hrotu vŕtačky PCD8, ktorý je vhodnejší pre plechy z uhlíkových vlákien a znižuje riziko delaminácie

Pri rezaní hrubých plechov z uhlíkových vlákien sa odporúča použiť dvojsečnú kompresnú frézu s dizajnom ľavého a pravého špirálového okraja. Táto ostrá rezná hrana má horné aj dolné rezné špirálové špičky, ktoré počas rezania vyrovnávajú axiálnu silu nástroja nahor a nadol. , aby sa zabezpečilo, že výsledná rezná sila je nasmerovaná na vnútornú stranu materiálu, aby sa dosiahli stabilné podmienky rezania a aby sa potlačil výskyt delaminácie materiálu. Dizajn horného a dolného okraja smerovača "Ananásový okraj" v tvare kosoštvorca dokáže tiež efektívne rezať plechy z uhlíkových vlákien. Jeho flauta s hlbokým trieskami môže počas procesu rezania odvádzať veľké množstvo rezného tepla vypúšťaním triesok, aby sa zabránilo poškodeniu uhlíkových vlákien. vlastnosti hárku.