Від волокна до продукту – глибоке розуміння вуглецевого волокна

Спочатку познайомтеся з вуглецевим волокном

Вуглецеве волокно - це волокнистий матеріал із вмістом вуглецю понад 95 відсотків. Він має відмінні механічні, хімічні, електричні та інші чудові властивості. Це «король нових матеріалів» і стратегічний матеріал, якого не вистачає у військових і цивільних розробках. Відомий як «чорне золото».

Вона, відома як благородний матеріал

Багато грошей, дюйм золота

Вона є зброєю партії драг-рейсингу і «темною конячкою» в матеріальній промисловості

вона вуглеволокна

Те, що всі бачать, це лінія виробництва вуглецевого волокна

повністю незалежне дослідження та розробка лінії з виробництва вуглецевого волокна 100-ton T1000 у моїй країні

тонке вуглецеве волокно

Як це зроблено?

Технологія процесу виробництва вуглецевого волокна розвинулась і зріла. З безперервним розвитком композиційних матеріалів з вуглецевого волокна, він стає все більш і більш популярним у всіх сферах життя, особливо швидке зростання авіації, автомобілів, залізниці, лопатей вітрової енергії тощо та його рушійна роль, розвиток промисловості вуглецевого волокна . Перспективи ще ширші.

Ланцюг промисловості вуглецевого волокна можна розділити на вхідний і низхідний. Виробництво зазвичай відноситься до виробництва матеріалів, специфічних для вуглецевого волокна; Нижче за течією зазвичай відноситься до виробництва компонентів застосування вуглецевого волокна. Компанії, що перебувають між розробкою та переробкою, можуть розглядати їх як постачальників обладнання для процесу виробництва вуглецевого волокна. Як показано на малюнку:

У верхній частині ланцюга виробництва вуглецевого волокна весь процес від сирого шовку до вуглецевого волокна повинен пройти через піч окислення, піч карбонізації, піч графітизації, обробку поверхні, розміри та інші процеси. У структурі волокна переважає вуглецеве волокно.

Верхня частина ланцюга виробництва вуглецевого волокна належить до нафтохімічної промисловості, яка в основному отримує акрилонітрил шляхом переробки сирої нафти, крекінгу, окислення аміаку та інших процесів; Підприємства з вуглецевого волокна виробляють поліакрилонітрил шляхом полімеризації сировини, яка в основному складається з акрилонітрилу, а потім обертають її для отримання поліакрилонітрилу. Поліакрилонітрильне волокно-попередник, вуглецеве волокно отримують шляхом попереднього окислення та карбонізації волокна-попередника, а композитний матеріал з вуглецевого волокна отримують шляхом обробки вуглецевого волокна та високоякісної смоли відповідно до вимог застосування.

Процес виробництва вуглецевого волокна в основному включає: витягування, витягування, стабілізацію, карбонізацію та графітизацію. Як показано на малюнку:

Креслення: це перший крок у процесі виробництва вуглецевого волокна. Він в основному розділяє сировину на волокна, що є фізичною зміною. Під час цього процесу відбувається масообмін і теплообмін між прядильною рідиною та коагуляційною рідиною, і, нарешті, осад PAN. Нитки, що утворюють структуру гелю.

Нанесення: потрібна температура від 100 до 300 градусів для роботи в поєднанні з ефектом розтягування орієнтованих волокон. Це також є ключовим кроком у високомодульному, високому зміцненні, ущільненні та покращенні волокон PAN.

Стабільність: термопластичний лінійний макромолекулярний ланцюг PAN перетворюється на непластичну термостійку трапецієподібну структуру методом нагрівання та окислення при 400 градусах, так що він не плавиться та не горить при високій температурі, зберігаючи форму волокна. , і термодинаміка знаходиться в стабільному стані.

Карбонізація: необхідно витіснити невуглецеві елементи в PAN при температурі від 1,000 до 2,000 градусів і, нарешті, створити вуглецеві волокна з турбостратною структурою графіту з вмістом вуглецю більше 90 відсотків.

Графітізація: потрібна температура від 2,000 до 3,000 градусів для перетворення аморфних і турбостратичних карбонізованих матеріалів у тривимірні графітові структури, що є основним технічним заходом для покращення модуля вуглецевих волокон. .

Детальний процес виробництва вуглецевого волокна від процесу виробництва сирого шовку до готового продукту полягає в тому, що сирий шовк PAN виробляється за допомогою попереднього процесу виробництва сирого шовку. Після попереднього волочіння за допомогою вологого тепла пристрою подачі дроту, він послідовно передається в піч попереднього окислення волочильною машиною. Після випікання при різних градієнтних температурах у групі печі попереднього окислення утворюються окислені волокна, тобто попередньо окислені волокна; попередньо окислені волокна формують у вуглецеві волокна після проходження через середньотемпературні та високотемпературні карбонізаційні печі; потім вуглецеві волокна піддаються остаточній обробці поверхні, калібруванню, сушінню та іншим процесам для отримання виробів з вуглецевого волокна. . Весь процес безперервної подачі дроту та точний контроль, невеликі проблеми в будь-якому процесі вплинуть на стабільне виробництво та якість кінцевого продукту з вуглецевого волокна. Виробництво вуглецевого волокна має тривалий процес, багато технічних ключових моментів і високі виробничі бар’єри. Це інтеграція багатьох дисциплін і технологій.

Вище описано виробництво вуглецевого волокна, давайте подивимося, як використовується вуглецеве волокно!

Обробка виробів з вуглецевого волокна

1. Нарізка

Препрег виймають із холодильного сховища при температурі мінус 18 градусів. Після пробудження першим кроком є ​​точне розкроювання матеріалу відповідно до схеми матеріалу на автоматичному різальному верстаті.

2. Мощення

Другим кроком є ​​укладання препрега на інструмент для укладання та укладання різних шарів відповідно до вимог дизайну. Всі процеси відбуваються під лазерним позиціонуванням.

3. Формування

За допомогою автоматизованого робота-обробки преформа надсилається до формувальної машини для пресування.

4. Нарізка

Після формування заготовка надсилається на робочу станцію ріжучого робота для четвертого етапу різання та видалення задирок, щоб забезпечити точність розмірів заготовки. Цей процес також можна виконувати на ЧПК.

5. Прибирання

П’ятий крок полягає в проведенні очищення сухим льодом на станції очищення для видалення антиадгезиву, що зручно для подальшого процесу нанесення клею.

6. Клей

Шостий крок – нанесення структурного клею на станції клеючого робота. Позиція склеювання, швидкість клею та вихід клею точно налаштовані. Частину з'єднання з металевими частинами заклепують, що здійснюють на клепальній станції.

7. Перевірка складання

Після нанесення клею збираються внутрішня і зовнішня панелі. Після затвердіння клею виконується виявлення синього світла, щоб забезпечити точність розмірів ключових отворів, точок, ліній і поверхонь.

Вуглецеве волокно важче піддається обробці

Вуглецеве волокно має як високу міцність на розрив вуглецевих матеріалів, так і м’яку обробку волокон. Вуглецеве волокно - новий матеріал з чудовими механічними властивостями.

Міцність вуглецевого волокна CFRP значно вища, ніж скловолокна GFRP 

Візьміть як приклад вуглецеве волокно та нашу звичайну сталь, порівняйте ці два зображення, міцність вуглецевого волокна становить близько 400–800 МПа, а міцність звичайної сталі – від 200 до 500 МПа. Дивлячись на міцність, вуглецеве волокно та сталь в основному схожі, і очевидної різниці немає.

Вуглецеве волокно має більш високу міцність і меншу вагу, тому вуглеволокно можна назвати королем нових матеріалів. Завдяки цій перевагі під час обробки композитів, армованих вуглецевим волокном (CFRP), матриця та волокна мають складну внутрішню взаємодію, що робить їхні фізичні властивості відмінними від властивостей металів. Щільність CFRP набагато менша, ніж у металів, тоді як міцність вища, ніж у більшості металів. Через неоднорідність CFRP під час обробки часто відбувається висмикування волокна або від’єднання волокна матриці; CFRP має високу термостійкість і зносостійкість, що робить його більш вимогливим до обладнання під час обробки, тому велика кількість тепла різання генерується в процесі виробництва, що є більш серйозним для зносу обладнання.

У той же час, із безперервним розширенням сфер його застосування, вимоги стають дедалі делікатнішими, а вимоги до застосовності матеріалів та вимоги до якості CFRP стають дедалі суворішими, що також спричиняє вартість обробки підніматися.

Обробка карбонової плити

Після затвердіння та формування плити з вуглецевого волокна необхідна додаткова обробка, така як різання та свердління для вимог точності або потреб складання. За однакових умов параметрів процесу різання, глибини різання тощо вибір інструментів і свердел з різних матеріалів, розмірів і форм матиме дуже різні результати. У той же час такі фактори, як сила, напрямок, час і температура інструментів і свердел також впливатимуть на результати обробки.

У процесі постобробки намагайтеся вибирати гострий інструмент з алмазним напиленням і твердосплавне свердло. Зносостійкість інструменту і самого свердла визначає якість обробки і термін служби інструменту. Якщо інструмент і свердло недостатньо гострі або використовуються неналежним чином, це не тільки прискорить зношування, збільшить вартість обробки виробу, але також призведе до пошкодження пластини, вплинувши на форму та розмір пластини та стабільність розмірів отворів і пазів на плиті. Спричиняє пошарове розривання матеріалу або навіть руйнування блоку, що призводить до руйнування всієї дошки.

Під час свердління листів з вуглецевого волокна чим вище швидкість, тим кращий ефект. Щодо вибору свердел, унікальна конструкція наконечника свердла PCD8 для торцевої кромки свердла більше підходить для листів з вуглецевого волокна, які краще проникають у листи з вуглецевого волокна та зменшують ризик розшарування.

Під час різання товстих листів з вуглецевого волокна рекомендується використовувати двосторонній компресійний фрез із лівою та правою гвинтовою конструкцією. Ця гостра ріжуча кромка має як верхні, так і нижні ріжучі гвинтові наконечники, які врівноважують осьову силу інструмента вгору та вниз під час різання. , щоб гарантувати, що результуюча сила різання спрямована на внутрішню сторону матеріалу, щоб отримати стабільні умови різання та придушити появу розшарування матеріалу. Конструкція верхнього і нижнього ромбовидних країв фрезера "Pineapple Edge" також дозволяє ефективно різати листи з вуглецевого волокна. Його глибока стружка може відводити велику кількість тепла від різання через виділення стружки під час процесу різання, щоб уникнути пошкодження вуглецевого волокна. властивості листа.