Od włókna do produktu - dogłębne zrozumienie włókna węglowego
Najpierw poznaj włókno węglowe
Włókno węglowe jest materiałem włóknistym o zawartości węgla powyżej 95%. Ma doskonałe właściwości mechaniczne, chemiczne, elektryczne i inne doskonałe. Jest "królem nowych materiałów" i materiałem strategicznym, którego brakuje w rozwoju wojskowym i cywilnym. Znany jako "Czarne Złoto".
Ona, znana jako szlachetny materiał
Dużo pieniędzy, cal złota
Jest bronią drag racingu i "czarnym koniem" w przemyśle materialnym.
ona jest włóknem węglowym
To, co wszyscy widzą, to linia produkcyjna włókna węglowego
całkowicie niezależne badania i rozwój 100-tonowej linii produkcyjnej włókien węglowych T1000 w moim kraju
smukłe włókno węglowe
Jak to się robi?
Technologia procesu produkcji włókna węglowego rozwinęła się do tej pory i dojrzała. Wraz z ciągłym rozwojem materiałów kompozytowych z włókna węglowego jest on coraz bardziej preferowany przez wszystkie dziedziny życia, zwłaszcza silny wzrost lotnictwa, motoryzacji, kolei, łopat wiatrowych itp. Perspektywy są jeszcze szersze.
Łańcuch przemysłowy z włókna węglowego można podzielić na upstream i downstream. Upstream zwykle odnosi się do produkcji materiałów specyficznych dla włókna węglowego; downstream zwykle odnosi się do produkcji komponentów aplikacyjnych z włókna węglowego. Firmy pomiędzy upstream i downstream mogą myśleć o nich jako o dostawcach sprzętu w procesie produkcji włókna węglowego. Jak pokazano na rysunku:
W górnym łańcuchu przemysłu włókien węglowych cały proces od surowego jedwabiu do włókna węglowego musi przejść przez piec utleniający, piec karbonizacyjny, piec grafityzacyjny, obróbkę powierzchni, wymiarowanie i inne procesy. Struktura włókna zdominowana przez włókno węglowe.
Upstream łańcucha przemysłowego włókien węglowych należy do przemysłu petrochemicznego, który otrzymuje głównie akrylonitryl poprzez rafinację ropy naftowej, kraking, utlenianie amoniaku i inne procesy; przedsiębiorstwa z włókna węglowego wytwarzają poliakrylonitryl poprzez polimeryzację surowców składających się głównie z akrylonitrylu, a następnie spinują go w celu uzyskania poliakrylonitrylu. Włókno prekursorowe poliakrylonitrylu, włókno węglowe otrzymuje się przez wstępne utlenianie i karbonizację włókna prekursorowego, a materiał kompozytowy z włókna węglowego otrzymuje się przez przetwarzanie włókna węglowego i wysokiej jakości żywicy w celu spełnienia wymagań aplikacji.
Proces produkcji włókna węglowego obejmuje głównie: rysowanie, rysowanie, stabilizację, karbonizację i grafityzację. Jak pokazano na rysunku:
Rysunek: Jest to pierwszy krok w procesie produkcji włókna węglowego. Głównie oddziela surowce na włókna, co jest zmianą fizyczną. Podczas tego procesu transfer masy i ciepła między wirującą cieczą a cieczą krzepnięcia, a na końcu wytrącanie PAN. Włókna tworzące strukturę żelu.
Rysowanie: wymaga temperatury od 100 do 300 stopni do pracy w połączeniu z efektem rozciągania zorientowanych włókien. Jest to również kluczowy krok w wysokim module, wysokim wzmocnieniu, zagęszczeniu i uszlachetnieniu włókien PAN.
Stabilność: Termoplastyczny liniowy łańcuch wielkocząsteczkowy PAN przekształca się w nieplastikową, żaroodporną strukturę trapezową metodą ogrzewania i utleniania w temperaturze 400 stopni, dzięki czemu jest nietopliwy i niepalny w wysokiej temperaturze, zachowując kształt włókna, a termodynamika jest w stanie stabilnym.
Karbonizacja: Konieczne jest wypędzenie pierwiastków niewęglowych w PAN w temperaturze od 1000 do 2000 stopni, a na koniec wytworzenie włókien węglowych o turbostratycznej strukturze grafitowej o zawartości węgla powyżej 90%.
Grafityzacja: Wymaga temperatury od 2000 do 3000 stopni, aby przekształcić amorficzne i turbostratyczne materiały zwęglone w trójwymiarowe struktury grafitowe, co jest głównym środkiem technicznym poprawiającym moduł włókien węglowych.
Szczegółowy proces włókna węglowego od procesu produkcji surowego jedwabiu do gotowego produktu polega na tym, że surowy jedwab PAN jest wytwarzany w poprzednim procesie produkcji surowego jedwabiu. Po wstępnym narysowaniu przez mokre ciepło podajnika drutu, jest on kolejno przenoszony do pieca wstępnego utleniania przez maszynę ciągnącą. Po upieczeniu w różnych temperaturach gradientu w grupie pieców przed utlenianiem powstają włókna utlenione, czyli wstępnie utlenione włókna; wstępnie utlenione włókna są formowane we włókna węglowe po przejściu przez piece karbonizacyjne o średniej i wysokiej temperaturze; włókna węglowe są następnie poddawane końcowej obróbce powierzchni, wymiarowaniu, suszeniu i innym procesom w celu uzyskania produktów z włókna węglowego. . Cały proces ciągłego podawania drutu i precyzyjnej kontroli, mały problem w każdym procesie wpłynie na stabilną produkcję i jakość końcowego produktu z włókna węglowego. Produkcja włókna węglowego ma długi przepływ procesu, wiele kluczowych punktów technicznych i wysokie bariery produkcyjne. Jest to integracja wielu dyscyplin i technologii.
Powyższe to produkcja włókna węglowego, rzućmy okiem na to, jak wykorzystywane jest włókno węglowe!
Przetwarzanie produktów z włókna węglowego
1. Cięcie
Prepreg jest wyjmowany z chłodni w temperaturze minus 18 stopni. Po przebudzeniu pierwszym krokiem jest dokładne wycięcie materiału zgodnie ze schematem materiału na automatycznej maszynie tnącej.
2. Układanie nawierzchni
Drugim krokiem jest ułożenie prepregu na narzędziu do układania i ułożenie różnych warstw zgodnie z wymaganiami projektowymi. Wszystkie procesy są przeprowadzane pod pozycjonowaniem laserowym.
3. Formowanie
Za pośrednictwem zautomatyzowanego robota manipulacyjnego preforma jest wysyłana do maszyny formierskiej w celu formowania kompresyjnego.
4. Cięcie
Po uformowaniu obrabiany przedmiot jest wysyłany do stanowiska roboczego robota tnącego w celu wykonania czwartego etapu cięcia i gratowania, aby zapewnić dokładność wymiarową obrabianego przedmiotu. Proces ten może być również obsługiwany na CNC.
5. Czyszczenie
Piątym krokiem jest wykonanie czyszczenia suchym lodem na stacji czyszczącej w celu usunięcia środka antyadhezyjnego, co jest wygodne dla późniejszego procesu powlekania klejem.
6. Klej
Szóstym krokiem jest nałożenie kleju strukturalnego na stanowisku robota klejącego. Pozycja klejenia, prędkość klejenia i wydajność kleju są dokładnie regulowane. Część połączenia z częściami metalowymi jest nitowana, co odbywa się na stacji nitowania.
7. Kontrola montażu
Po nałożeniu kleju montowane są panele wewnętrzne i zewnętrzne. Po utwardzeniu kleju wykonywane jest wykrywanie niebieskiego światła, aby zapewnić dokładność wymiarową otworów na klucze, punktów, linii i powierzchni.
Włókno węglowe jest trudniejsze w obróbce
Włókno węglowe ma zarówno silną wytrzymałość na rozciąganie materiałów węglowych, jak i miękką przetwarzalność włókien. Włókno węglowe to nowy materiał o doskonałych właściwościach mechanicznych.
Wytrzymałość WŁÓKNA WĘGLOWEGO CFRP jest znacznie wyższa niż włókna szklanego GFRP
Weźmy na przykład włókno węglowe i naszą wspólną stal, porównaj te dwa zdjęcia, wytrzymałość włókna węglowego wynosi około 400 do 800 MPa, podczas gdy wytrzymałość zwykłej stali wynosi od 200 do 500 MPa. Patrząc na wytrzymałość, włókno węglowe i stal są w zasadzie podobne i nie ma oczywistej różnicy.
Włókno węglowe ma wyższą wytrzymałość i mniejszą wagę, więc włókno węglowe można nazwać królem nowych materiałów. Ze względu na tę zaletę, podczas przetwarzania kompozytów wzmocnionych włóknem węglowym (CFRP), matryca i włókna mają złożone interakcje wewnętrzne, dzięki czemu ich właściwości fizyczne różnią się od właściwości metali. Gęstość CFRP jest znacznie mniejsza niż metali, podczas gdy wytrzymałość jest większa niż większość metali. Ze względu na niejednorodność CFRP, podczas przetwarzania często występuje wyciąganie włókien lub odłączanie włókien matrycowych; CFRP ma wysoką odporność na ciepło i odporność na zużycie, co czyni go bardziej wymagającym dla sprzętu podczas przetwarzania, więc w procesie produkcyjnym wytwarzana jest duża ilość ciepła tnącego, co jest poważniejsze dla zużycia sprzętu.
Jednocześnie, wraz z ciągłym rozszerzaniem obszarów zastosowań, wymagania stają się coraz bardziej delikatne, a wymagania dotyczące stosowania materiałów i wymagania jakościowe dla CFRP stają się coraz bardziej rygorystyczne, co również powoduje wzrost kosztów przetwarzania.
Przetwarzanie płyty z włókna węglowego
Po utwardzeniu i uformowaniu płyty z włókna węglowego wymagane jest przetwarzanie końcowe, takie jak cięcie i wiercenie, w celu spełnienia wymagań dotyczących precyzji lub montażu. W tych samych warunkach parametrów procesu cięcia, głębokości cięcia itp., Wybór narzędzi i wierteł o różnych materiałach, rozmiarach i kształtach będzie miał bardzo różne efekty. Jednocześnie czynniki takie jak wytrzymałość, kierunek, czas i temperatura narzędzi i wierteł będą również wpływać na wyniki obróbki.
W procesie obróbki końcowej spróbuj wybrać ostre narzędzie z powłoką diamentową i wiertłem z węglika spiekanego. Odporność na zużycie narzędzia i samego wiertła określa jakość obróbki i żywotność narzędzia. Jeśli narzędzie i wiertło nie są wystarczająco ostre lub używane niewłaściwie, nie tylko przyspieszy zużycie, zwiększy koszt przetwarzania produktu, ale także spowoduje uszkodzenie płyty, wpływając na kształt i rozmiar płyty oraz stabilność wymiarów otworów i rowków na płycie. Powoduje warstwowe rozdarcie materiału, a nawet zapadnięcie się bloku, powodując złomowanie całej płyty.
Podczas wiercenia arkuszy z włókna węglowego, im większa prędkość, tym lepszy efekt. Przy wyborze wierteł unikalna konstrukcja końcówki wiertła krawędzi czołowej PCD8 jest bardziej odpowiednia dla arkuszy z włókna węglowego, które mogą lepiej przenikać przez arkusze z włókna węglowego i zmniejszać ryzyko rozwarstwienia
Podczas cięcia grubych arkuszy z włókna węglowego zaleca się stosowanie obosiecznego frezu kompresyjnego z lewą i prawą krawędzią śrubową. Ta ostra krawędź skrawająca ma zarówno górne, jak i dolne śrubowe końcówki tnące, które równoważą siłę osiową narzędzia w górę iw dół podczas cięcia. , aby zapewnić, że wynikowa siła skrawania jest skierowana na wewnętrzną stronę materiału, tak aby uzyskać stabilne warunki cięcia i zapobiec występowaniu rozwarstwiania materiału. Konstrukcja górnych i dolnych krawędzi w kształcie rombu routera "Pineapple Edge" może również skutecznie ciąć arkusze z włókna węglowego. Jego głęboki rowek wiórowy może zabrać dużą ilość ciepła tnącego poprzez odprowadzanie wiórów podczas procesu cięcia, aby uniknąć uszkodzenia włókna węglowego. właściwości arkusza.
