Од влакана до производа – дубоко разумевање карбонских влакана

Прво упознајте карбонска влакна

Карбонска влакна су влакнасти материјал са садржајем угљеника већим од 95 процената. Има одлична механичка, хемијска, електрична и друга одлична својства. То је „краљ нових материјала“ и стратешки материјал који недостаје у војном и цивилном развоју. Познато као "црно злато".

Она, позната као племенити материјал

Много новца, центиметар злата

Она је оружје драг трке и "тамни коњ" у индустрији материјала

она је од угљеничних влакана

Оно што сви виде је производна линија од угљеничних влакана

потпуно независно истраживање и развој линије за производњу угљеничних влакана од 100-тона Т1000 у мојој земљи

витка карбонска влакна

Како је направљен?

Технологија процеса производње угљеничних влакана се до сада развила и сазрела. Уз континуирани развој композитних материјала од угљеничних влакана, све више га фаворизују сви сфери живота, посебно снажан раст авијације, аутомобила, железнице, лопатица за енергију ветра, итд. и његова покретачка улога, развој индустрије угљеничних влакана . Изгледи су још шири.

Ланац индустрије угљеничних влакана може се поделити на узводно и низводно. Упстреам се обично односи на производњу материјала специфичних за карбонска влакна; низводно се обично односи на производњу компоненти за примену угљеничних влакана. Компаније између узводних и низводних могу их сматрати добављачима опреме у процесу производње угљеничних влакана. Као што је приказано на слици:

У узводном ланцу индустрије угљеничних влакана, цео процес од сирове свиле до угљеничних влакана треба да прође кроз пећ за оксидацију, пећ за карбонизацију, пећ за графитизацију, површинску обраду, димензионисање и друге процесе. У структури влакана доминирају карбонска влакна.

Узводно од ланца индустрије угљеничних влакана припада петрохемијској индустрији, која углавном добија акрилонитрил рафинацијом сирове нафте, крекингом, оксидацијом амонијака и другим процесима; предузећа од угљеничних влакана производе полиакрилонитрил полимеризацијом сировина које се углавном састоје од акрилонитрила, а затим га окрећу да би се добио полиакрилонитрил. Полиакрилонитрилна прекурсорска влакна, угљенична влакна се добијају пре-оксидацијом и карбонизацијом прекурсорског влакна, а композитни материјал од угљеничних влакана се добија прерадом угљеничних влакана и висококвалитетне смоле како би се испунили захтеви примене.

Процес производње угљеничних влакана углавном укључује: извлачење, извлачење, стабилизацију, карбонизацију и графитизацију. Као што је приказано на слици:

Цртеж: Ово је први корак у процесу производње угљеничних влакана. Углавном раздваја сировине у влакна, што је физичка промена. Током овог процеса, пренос масе и пренос топлоте између течности за предење и течности за коагулацију, и коначно ПАН преципитација. Филаменти који формирају гел структуру.

Извлачење: захтева температуру од 100 до 300 степени да би деловала у комбинацији са ефектом истезања усмерених влакана. То је такође кључни корак у високом модулу, високом ојачању, згушњавању и префињености ПАН влакана.

Стабилност: Термопластични ПАН линеарни макромолекуларни ланац трансформише се у непластичну топлотно отпорну трапезоидну структуру методом загревања и оксидације на 400 степени, тако да се не топи и није запаљив на високој температури, одржавајући облик влакана , а термодинамика је у стабилном стању.

Карбонизација: Неопходно је избацити неугљеничне елементе у ПАН-у на температури од 1,000 до 2,000 степена и на крају генерисати угљенична влакна са турбостратичном графитном структуром са садржајем угљеника од више од 90 одсто.

Графитизација: Потребна је температура од 2,000 до 3,000 степена за претварање аморфних и турбостратних карбонизованих материјала у тродимензионалне графитне структуре, што је главна техничка мера за побољшање модула угљеничних влакана .

Детаљан процес карбонских влакана од процеса производње сирове свиле до готовог производа је да се ПАН сирова свила производи претходним процесом производње сирове свиле. Након претходног извлачења влажном топлотом додавача жице, машина за извлачење се узастопно преноси у пећ за претоксидацију. Након печења на различитим градијентним температурама у групи пећи за претоксидацију, формирају се оксидована влакна, односно преоксидисана влакна; претходно оксидована влакна се формирају у угљенична влакна након проласка кроз пећи за карбонизацију средње и високе температуре; угљенична влакна се затим подвргавају завршној површинској обради, димензионисању, сушењу и другим процесима да би се добили производи од угљеничних влакана. . Цео процес континуираног довода жице и прецизне контроле, мали проблем у било ком процесу ће утицати на стабилну производњу и квалитет финалног производа од угљеничних влакана. Производња угљеничних влакана има дуг ток процеса, многе техничке кључне тачке и високе производне баријере. То је интеграција више дисциплина и технологија.

Горе наведено је производња карбонских влакана, хајде да погледамо како се користе карбонска влакна!

Прерада производа од угљеничних влакана

1. Сечење

Препрег се вади из хладњаче на минус 18 степени. Након буђења, први корак је прецизно сечење материјала према дијаграму материјала на машини за аутоматско сечење.

2. Поплочавање

Други корак је постављање препрега на алат за полагање и постављање различитих слојева према захтевима дизајна. Сви процеси се спроводе под ласерским позиционирањем.

3. Формирање

Преко аутоматизованог робота за руковање, предформа се шаље у машину за ливење за компресијско обликовање.

4. Сечење

Након формирања, радни предмет се шаље на радну станицу робота за сечење за четврти корак сечења и уклањања ивица како би се осигурала тачност димензија радног комада. Овај процес се такође може управљати на ЦНЦ-у.

5. Чишћење

Пети корак је да се изврши чишћење сувим ледом на станици за чишћење како би се уклонило средство за ослобађање, што је погодно за накнадни процес премазивања лепком.

6. Лепак

Шести корак је наношење структуралног лепка на станици робота за лепљење. Положај лепљења, брзина лепка и излаз лепка су тачно подешени. Део везе са металним деловима је закиван, који се изводи на станици за закивање.

7. Монтажни преглед

Након наношења лепка, унутрашњи и спољашњи панели се склапају. Након што се лепак очврсне, врши се детекција плаве светлости како би се осигурала тачност димензија кључних рупа, тачака, линија и површина.

Карбонска влакна се теже обрађују

Карбонска влакна имају и јаку затезну чврстоћу угљеничних материјала и меку обрадивост влакана. Карбонска влакна су нови материјал са одличним механичким својствима.

Снага ЦФРП-а од угљеничних влакана је знатно већа од снаге ГФРП-а од стаклених влакана 

Узмите за пример угљенична влакна и наш уобичајени челик, упоредите ове две слике, јачина угљеничних влакана је око 400 до 800 МПа, док је чврстоћа обичног челика 200 до 500 МПа. Гледајући на жилавост, угљенична влакна и челик су у основи слични и нема очигледне разлике.

Карбонска влакна имају већу чврстоћу и мању тежину, па се карбонска влакна могу назвати краљем нових материјала. Због ове предности, током обраде композита ојачаних угљеничним влакнима (ЦФРП), матрица и влакна имају сложене унутрашње интеракције, што њихове физичке особине чини другачијим од оних метала. Густина ЦФРП-а је много мања од густине метала, док је јачина већа од већине метала. Због нехомогености ЦФРП-а, током обраде често долази до извлачења влакана или одвајања матричног влакна; ЦФРП има високу отпорност на топлоту и отпорност на хабање, што га чини захтевнијим за опрему током обраде, па се у процесу производње ствара велика количина топлоте резања, што је озбиљније за хабање опреме.

Истовремено, са континуираним ширењем области његове примене, захтеви постају све деликатнији, а захтеви за применљивост материјала и захтеви квалитета за ЦФРП постају све строжији, што такође узрокује трошкове обраде да расте.

Обрада плоча од угљеничних влакана

Након што се плоча од угљеничних влакана очврсне и формира, потребна је накнадна обрада као што је сечење и бушење за потребе прецизности или потребе за монтажом. Под истим условима параметара процеса сечења, дубине сечења итд., одабир алата и бургија од различитих материјала, величина и облика ће имати веома различите ефекте. Истовремено, фактори као што су снага, правац, време и температура алата и бушилица такође ће утицати на резултате обраде.

У процесу накнадне обраде, покушајте да изаберете оштар алат са дијамантским премазом и бургију од чврстог карбида. Отпорност на хабање алата и саме бургије одређује квалитет обраде и век трајања алата. Ако алат и бургија нису довољно оштри или се неправилно користе, то не само да ће убрзати хабање, повећати трошкове обраде производа, већ ће и оштетити плочу, што утиче на облик и величину плоче и стабилност димензија рупа и жлебова на плочи. Изазива слојевито кидање материјала, или чак урушавање блока, што доводи до отпадања целе плоче.

Приликом бушења листова од угљеничних влакана, што је већа брзина, то је бољи ефекат. У избору бургија, јединствени дизајн врха бургије ПЦД8 бургије за лице је погоднији за листове од угљеничних влакана, који могу боље продрети у листове од угљеничних влакана и смањити ризик од раслојавања

Приликом сечења дебелих листова од угљеничних влакана, препоручује се употреба компресионог глодала са две ивице са леве и десне спиралне ивице. Ова оштра резна ивица има и горње и доње спиралне врхове за сечење, који балансирају аксијалну силу алата нагоре и надоле током сечења. , како би се осигурало да је резултујућа сила резања усмерена на унутрашњу страну материјала, како би се постигли стабилни услови резања и сузбила појава раслојавања материјала. Дизајн горње и доње ивице у облику ромба "Пинеаппле Едге" рутера такође може ефикасно да сече листове од угљеничних влакана. Његова дубока струготина може одузети велику количину топлоте резања кроз испуштање струготине током процеса сечења, како би се избегло оштећење угљеничних влакана. својства листа.