От влакна до продукт - задълбочено разбиране на въглеродните влакна

Първо се запознайте с въглеродните влакна

Въглеродните влакна са влакнести материали със съдържание на въглерод повече от 95 процента. Има отлични механични, химични, електрически и други отлични свойства. Това е „кралят на новите материали“ и стратегически материал, който липсва във военното и гражданското развитие. Известен като "Черното злато".

Тя, известна като благороден материал

Много пари, инч злато

Тя е оръжието на драг рейсинг партията и „тъмният кон“ в материалната индустрия

тя е от въглеродни влакна

Това, което всеки вижда, е производствената линия от въглеродни влакна

напълно независимо изследване и разработка на 100-тонна линия за производство на въглеродни влакна T1000 в моята страна

тънки въглеродни влакна

Как се прави?

Технологията на процеса на производство на въглеродни влакна се е развила досега и е узряла. С непрекъснатото развитие на композитните материали от въглеродни влакна, той е все по-облагодетелстван от всички сфери на живота, особено силния растеж на авиацията, автомобилите, железопътния транспорт, вятърните електрожени и т.н. и неговата движеща роля, развитието на индустрията за въглеродни влакна . Перспективите са още по-широки.

Веригата на индустрията за въглеродни влакна може да бъде разделена на нагоре и надолу по веригата. Upstream обикновено се отнася до производството на материали, специфични за въглеродни влакна; надолу по веригата обикновено се отнася до производството на компоненти за приложение на въглеродни влакна. Компаниите между нагоре и надолу по веригата могат да ги разглеждат като доставчици на оборудване в процеса на производство на въглеродни влакна. Както е показано на фигурата:

Нагоре по веригата на индустрията за въглеродни влакна, целият процес от сурова коприна до въглеродни влакна трябва да премине през окислителна пещ, карбонизираща пещ, графитизираща пещ, повърхностна обработка, оразмеряване и други процеси. Влакнеста структура, доминирана от въглеродни влакна.

Нагоре по веригата на индустрията за въглеродни влакна принадлежи на нефтохимическата промишленост, която основно получава акрилонитрил чрез рафиниране на суров нефт, крекинг, окисляване на амоняк и други процеси; предприятията от въглеродни влакна генерират полиакрилонитрил чрез полимеризиране на суровините, съставени главно от акрилонитрил, и след това го въртят, за да получат полиакрилонитрил. Полиакрилонитрилни прекурсорни влакна, въглеродните влакна се получават чрез предварително окисляване и карбонизиране на прекурсорните влакна, а композитният материал от въглеродни влакна се получава чрез обработка на въглеродни влакна и висококачествена смола, за да отговори на изискванията за приложение.

Производственият процес на въглеродни влакна включва главно: изтегляне, изтегляне, стабилизиране, карбонизация и графитизация. Както е показано на фигурата:

Чертеж: Това е първата стъпка в производствения процес на въглеродни влакна. Той основно разделя суровините на влакна, което е физическа промяна. По време на този процес преносът на маса и топлината между въртящата се течност и коагулационната течност и накрая утаяването на PAN. Нишки, образуващи структура на гел.

Начертаване: изисква температура от 100 до 300 градуса, за да работи във връзка с ефекта на разтягане на ориентираните влакна. Това също е ключова стъпка във високия модул, високото подсилване, уплътняването и усъвършенстването на PAN влакната.

Стабилност: Термопластичната PAN линейна макромолекулна верига се трансформира в непластична топлоустойчива трапецовидна структура чрез метода на нагряване и окисляване при 400 градуса, така че да не се топи и да не е запалима при висока температура, запазвайки формата на влакното , а термодинамиката е в стабилно състояние.

Карбонизация: Необходимо е да се изгонят невъглеродните елементи в PAN при температура от 1,000 до 2,000 градуса и накрая да се генерират въглеродни влакна с турбостратична графитна структура със съдържание на въглерод от повече от 90 процента.

Графитизация: Необходима е температура от 2, 000 до 3, 000 градуса за превръщане на аморфни и турбостратични карбонизирани материали в триизмерни графитни структури, което е основната техническа мярка за подобряване на модула на въглеродните влакна .

Подробният процес на въглеродни влакна от процеса на производство на сурова коприна до крайния продукт е, че PAN сурова коприна се произвежда от предишния процес на производство на сурова коприна. След предварително изтегляне от мократа топлина на захранващото устройство за тел, тя последователно се прехвърля в пещта за предварително окисляване от машината за изтегляне. След изпичане при различни градиентни температури в групата на пещта за предварително окисляване се образуват окислени влакна, тоест предварително окислени влакна; предварително окислените влакна се оформят във въглеродни влакна след преминаване през среднотемпературни и високотемпературни карбонизиращи пещи; след това въглеродните влакна се подлагат на крайна повърхностна обработка, оразмеряване, сушене и други процеси за получаване на продукти от въглеродни влакна. . Целият процес на непрекъснато подаване на тел и прецизен контрол, малък проблем във всеки процес ще повлияе на стабилното производство и качеството на крайния продукт от въглеродни влакна. Производството на въглеродни влакна има дълъг процес, много технически ключови точки и високи производствени бариери. Това е интеграция на множество дисциплини и технологии.

Горното е производството на въглеродни влакна, нека да разгледаме как се използват въглеродни влакна!

Обработка на продукти от въглеродни влакна

1. Рязане

Препрегът се изважда от хладилния склад при минус 18 градуса. След събуждане, първата стъпка е точното изрязване на материала според диаграмата на материала на автоматичната машина за рязане.

2. Настилка

Втората стъпка е да поставите препрега върху инструмента за полагане и да поставите различни слоеве според изискванията на дизайна. Всички процеси се извършват при лазерно позициониране.

3. Оформяне

Чрез автоматизиран манипулиращ робот, заготовката се изпраща към формовъчната машина за компресионно формоване.

4. Изрязване

След формоването детайлът се изпраща до работната станция на режещия робот за четвъртата стъпка на рязане и премахване на грапаве, за да се гарантира точността на размерите на детайла. Този процес може да се управлява и с ЦПУ.

5. Почистване

Петата стъпка е да се извърши почистване със сух лед в почистващата станция, за да се отстрани освобождаващият агент, което е удобно за последващия процес на нанасяне на лепило.

6. Лепило

Шестата стъпка е нанасяне на структурно лепило в станцията на робота за залепване. Позицията на залепване, скоростта на лепилото и изходът на лепилото са точно регулирани. Част от връзката с металните части е занитена, което се осъществява на занитващата станция.

7. Инспекция на монтажа

След нанасяне на лепилото вътрешният и външният панел се сглобяват. След като лепилото се втвърди, се извършва откриване на синя светлина, за да се гарантира точността на размерите на ключови дупки, точки, линии и повърхности.

Въглеродните влакна са по-трудни за обработка

Въглеродните влакна имат както силната якост на опън на въглеродните материали, така и меката обработваемост на влакната. Въглеродните влакна са нов материал с отлични механични свойства.

Якостта на CFRP от въглеродни влакна е значително по-висока от тази на GFRP от стъклени влакна 

Вземете въглеродни влакна и нашата обикновена стомана като пример, сравнете тези две снимки, якостта на въглеродните влакна е около 400 до 800 MPa, докато якостта на обикновената стомана е 200 до 500 MPa. По отношение на издръжливостта, въглеродните влакна и стоманата са по същество сходни и няма очевидна разлика.

Въглеродните влакна имат по-висока якост и по-леко тегло, така че въглеродните влакна могат да бъдат наречени кралят на новите материали. Поради това предимство, по време на обработката на композити, подсилени с въглеродни влакна (CFRP), матрицата и влакната имат сложни вътрешни взаимодействия, което прави техните физически свойства различни от тези на металите. Плътността на CFRP е много по-малка от тази на металите, докато якостта е по-голяма от повечето метали. Поради нехомогенността на CFRP често се получава издърпване на влакното или отделяне на матрично влакно по време на обработката; CFRP има висока топлоустойчивост и устойчивост на износване, което го прави по-взискателен към оборудването по време на обработката, така че в производствения процес се генерира голямо количество топлина при рязане, което е по-сериозно за износването на оборудването.

В същото време, с непрекъснатото разширяване на областите на приложение, изискванията стават все по-деликатни, а изискванията за приложимостта на материалите и изискванията за качество на CFRP стават все по-строги, което също причинява разходите за обработка да се покачва.

Обработка на карбонова плоскост

След като плочата от въглеродни влакна е втвърдена и оформена, е необходима последваща обработка като рязане и пробиване за изисквания за прецизност или за нуждите на сглобяването. При еднакви условия на параметри на процеса на рязане, дълбочина на рязане и т.н., изборът на инструменти и свредла от различни материали, размери и форми ще има много различни ефекти. В същото време фактори като сила, посока, време и температура на инструментите и свредлата също ще повлияят на резултатите от обработката.

В процеса на последваща обработка се опитайте да изберете остър инструмент с диамантено покритие и твърдосплавно свредло. Износоустойчивостта на инструмента и самото свредло определя качеството на обработка и експлоатационния живот на инструмента. Ако инструментът и свредлото не са достатъчно остри или се използват неправилно, това не само ще ускори износването, ще увеличи разходите за обработка на продукта, но и ще причини повреда на плочата, засягайки формата и размера на плочата и стабилност на размерите на отворите и жлебовете на плочата. Причинява наслоено разкъсване на материала или дори срутване на блока, което води до бракуване на цялата дъска.

Когато пробивате листове от въглеродни влакна, колкото по-висока е скоростта, толкова по-добър е ефектът. При избора на свредла, уникалният дизайн на върха на свредлото на PCD8 лицевия ръб на свредлото е по-подходящ за листове от въглеродни влакна, които могат по-добре да проникнат в листове от въглеродни влакна и да намалят риска от разслояване

Когато режете дебели листове от въглеродни влакна, се препоръчва да използвате фреза с компресионна фреза с ляв и десен спирален ръб. Този остър режещ ръб има както горни, така и долни режещи спираловидни върхове, които балансират аксиалната сила на инструмента нагоре и надолу по време на рязане. , за да се гарантира, че резултантната сила на рязане е насочена към вътрешната страна на материала, така че да се получат стабилни условия на рязане и да се потисне появата на разслояване на материала. Дизайнът на горния и долния ромбовиден ръб на фрезата "Pineapple Edge" също може ефективно да реже листове от въглеродни влакна. Неговата дълбока стружка може да отнеме голямо количество топлина при рязане чрез изхвърляне на стружки по време на процеса на рязане, така че да се избегне повреда на въглеродните влакна. свойства на листа.