Uhlíkové vlákno je vláknitý materiál s obsahom uhlíka viac ako 95 %. Má vynikajúce mechanické, chemické, elektrické a iné vynikajúce vlastnosti. Je to „kráľ nových materiálov“ a strategický materiál, ktorý chýba vo vojenskom a civilnom rozvoji. Známe ako „čierne zlato“.
Výrobná linka uhlíkových vlákien je nasledovná:
Ako sa vyrába tenké uhlíkové vlákno?
Technológia procesu výroby uhlíkových vlákien sa doteraz vyvinula a dozrela. S neustálym vývojom kompozitných materiálov z uhlíkových vlákien je čoraz viac uprednostňovaný všetkými oblasťami života, najmä silným rastom letectva, automobilov, železníc, veterných lopatiek atď. a jeho hnacím účinkom, rozvojom priemyslu uhlíkových vlákien. . Vyhliadky sú ešte širšie.
Priemyselný reťazec uhlíkových vlákien možno rozdeliť na upstream a downstream. Upstream zvyčajne označuje výrobu materiálov špecifických pre uhlíkové vlákna; downstream sa zvyčajne vzťahuje na výrobu komponentov aplikácie uhlíkových vlákien. Spoločnosti medzi upstream a downstream ich môžu považovať za poskytovateľov zariadení v procese výroby uhlíkových vlákien. Ako je znázornené na obrázku:
Celý proces od surového hodvábu po uhlíkové vlákno pred priemyselným reťazcom uhlíkových vlákien musí prejsť procesmi, ako sú oxidačné pece, karbonizačné pece, grafitizačné pece, povrchová úprava a dimenzovanie. V štruktúre vlákna dominuje uhlíkové vlákno.
Horná časť priemyselného reťazca uhlíkových vlákien patrí do petrochemického priemyslu a akrylonitril sa získava hlavne rafináciou ropy, krakovaním, oxidáciou amoniaku atď.; Polyakrylonitrilové prekurzorové vlákno, uhlíkové vlákno sa získava predoxidáciou a karbonizáciou prekurzorového vlákna a kompozitný materiál z uhlíkových vlákien sa získava spracovaním uhlíkových vlákien a vysokokvalitnej živice, aby sa splnili aplikačné požiadavky.
Proces výroby uhlíkových vlákien zahŕňa najmä ťahanie, ťahanie, stabilizáciu, karbonizáciu a grafitizáciu. Ako je znázornené na obrázku:
Kreslenie:Toto je prvý krok v procese výroby uhlíkových vlákien. Hlavne separuje suroviny na vlákna, čo je fyzikálna zmena. Počas tohto procesu dochádza k prenosu hmoty a tepla medzi zvlákňovacou kvapalinou a koagulačnou kvapalinou a nakoniec k zrážaniu PAN. Vlákna tvoria gélovú štruktúru.
Návrh:vyžaduje teplotu 100 až 300 stupňov, aby fungoval v spojení s efektom napínania orientovaných vlákien. Je to tiež kľúčový krok vo vysokom module, vysokom vystužovaní, zahusťovaní a zušľachťovaní vlákien PAN.
Stabilita:Termoplastický lineárny makromolekulárny reťazec PAN sa metódou zahrievania a oxidácie pri 400 stupňoch premení na neplastovú tepelne odolnú lichobežníkovú štruktúru tak, aby sa pri vysokej teplote neroztopila a nehorľavá, zachovala si tvar vlákna a termodynamika je v stabilnom stave.
Karbonizácia:V PAN je potrebné pri teplote 1 000 až 2 000 stupňov vyhnať nekarbónové prvky a nakoniec vygenerovať uhlíkové vlákna s turbostratickou grafitovou štruktúrou s obsahom uhlíka viac ako 90 %.
Grafitizácia: Na premenu amorfných a turbostratických karbonizovaných materiálov na trojrozmerné grafitové štruktúry je potrebná teplota 2 000 až 3 000 stupňov, čo je hlavné technické opatrenie na zlepšenie modulu uhlíkových vlákien.
Podrobný proces výroby uhlíkových vlákien od procesu výroby surového hodvábu až po hotový výrobok spočíva v tom, že surový hodváb PAN sa vyrába predchádzajúcim výrobným procesom surového hodvábu. Po predtiahnutí mokrým teplom podávača drôtu sa tento postupne presúva do predoxidačnej pece ťažným strojom. Po vypálení pri rôznych gradientových teplotách v skupine predoxidačnej pece sa vytvoria oxidované vlákna, to znamená predoxidované vlákna; predoxidované vlákna sú tvarované do uhlíkových vlákien po prechode cez pece na strednú a vysokoteplotnú karbonizáciu; uhlíkové vlákna sa potom podrobia konečnej povrchovej úprave, glejeniu, sušeniu a iným procesom na získanie produktov z uhlíkových vlákien. . Celý proces nepretržitého podávania drôtu a presného riadenia, malý problém v akomkoľvek procese ovplyvní stabilnú výrobu a kvalitu konečného produktu z uhlíkových vlákien. Výroba uhlíkových vlákien má dlhý procesný tok, veľa 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 používa tkanina z uhlíkových vlákien!
Spracovanie výrobkov z uhlíkových vlákien
1. Rezanie
Predimpregnovaný laminát sa vyberie z chladiarenského skladu pri mínus 18 stupňoch. Po prebudení je prvým krokom presné narezanie materiálu podľa materiálového diagramu na automatickom rezacom stroji.
2. Dlažba
Druhým krokom je položenie predimpregnovaného laminátu na pokládku a položenie rôznych vrstiev podľa konštrukčných požiadaviek. Všetky procesy sa vykonávajú pomocou laserového polohovania.
3. Formovanie
Prostredníctvom automatizovaného manipulačného robota sa predlisok posiela do formovacieho stroja na lisovanie.
4. Rezanie
Po vytvarovaní sa obrobok odošle na pracovisko rezacieho robota na štvrtý krok rezania a odhrotovania, aby sa zabezpečila rozmerová presnosť obrobku. Tento proces je možné prevádzkovať aj na CNC.
5. Upratovanie
Piatym krokom je čistenie suchým ľadom na čistiacej stanici, aby sa odstránil uvoľňovací prostriedok, čo je vhodné pre následný proces nanášania lepidla.
6. Lepidlo
Šiestym krokom je nanesenie konštrukčného lepidla na stanici 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. Kontrola montáže
Po nanesení lepidla sa zmontujú vnútorné a vonkajšie panely. Po vytvrdnutí lepidla sa vykoná detekcia modrého svetla, aby sa zabezpečila rozmerová presnosť kľúčových dier, bodov, čiar a povrchov.
Uhlíkové vlákno je náročnejšie na spracovanie
Uhlíkové vlákno má tak silnú pevnosť v ťahu ako uhlíkové materiály, ako aj mäkkú spracovateľnosť vlákien. Uhlíkové vlákno je nový materiál s vynikajúcimi mechanickými vlastnosťami. Ako príklad si zoberme uhlíkové vlákna a našu bežnú oceľ, pevnosť uhlíkových vlákien je okolo 400 až 800 MPa, zatiaľ čo pevnosť bežnej ocele je 200 až 500 MPa. Pri pohľade na húževnatosť sú uhlíkové vlákna a oceľ v zásade podobné a nie je medzi nimi žiadny zjavný rozdiel.
Uhlíkové vlákno má vyššiu pevnosť a nižšiu hmotnosť, preto možno uhlíkové vlákno nazvať kráľom nových materiálov. Kvôli tejto výhode dochádza pri spracovaní kompozitov vystužených uhlíkovými vláknami (CFRP) medzi matricou a vláknami 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 u väčšiny kovov. Kvôli nehomogenite CFRP často dochádza počas spracovania k vyťahovaniu vlákna alebo oddeľovaniu matricového vlákna; CFRP má vysokú tepelnú odolnosť a odolnosť proti opotrebeniu, čo ho robí náročnejším na zariadenie počas spracovania, takže vo výrobnom procese vzniká veľké množstvo rezného tepla, čo je vážnejšie z hľadiska opotrebovania zariadenia.
Súčasne s neustálym rozširovaním jeho aplikačných oblastí sú požiadavky čoraz citlivejšie a požiadavky na použiteľnosť materiálov a požiadavky na kvalitu CFRP sú čoraz prísnejšie, čo tiež spôsobuje náklady na spracovanie. vstať.
Spracovanie dosky z uhlíkových vlákien
Po vytvrdnutí a vytvarovaní dosky z uhlíkových vlákien je potrebné dodatočné spracovanie, ako je rezanie a vŕtanie, kvôli požiadavkám na presnosť alebo montážnym potrebám. Za rovnakých podmienok, ako sú parametre procesu rezania a hĺbka rezu, bude mať výber nástrojov a vrtákov z rôznych materiálov, veľkostí a tvarov veľmi odlišné účinky. Zároveň také faktory ako sila, smer, čas a teplota nástrojov a vrtákov ovplyvnia výsledky spracovania.
V procese následného spracovania sa pokúste vybrať ostrý nástroj s diamantovým povlakom a vrták zo slinutého karbidu. Odolnosť nástroja a samotného vrtáka proti opotrebovaniu určuje kvalitu spracovania a životnosť nástroja. Ak nástroj a vrták nie sú dostatočne ostré alebo sa používajú nesprávne, nielenže to urýchli opotrebovanie, zvýši náklady na spracovanie výrobku, ale spôsobí aj poškodenie platne, čo ovplyvní tvar a veľkosť platne a stabilita rozmerov otvorov a drážok na doske. Spôsobuje vrstvené trhanie materiálu alebo dokonca kolaps bloku, čo vedie k zošrotovaniu celej dosky.
Pri vŕtanídosky z uhlíkových vlákien, čím vyššia rýchlosť, tým lepší efekt. Pri výbere vrtákov je jedinečný dizajn hrotu vrtáka PCD8 s čelnou hranou vhodnejší pre dosky z uhlíkových vlákien, ktoré môžu lepšie preniknúť do dosiek z uhlíkových vlákien a znížiť riziko delaminácie.
Pri rezaní hrubých plechov z uhlíkových vlákien sa odporúča použiť obojstrannú lisovaciu frézu s ľavou a pravou špirálovou konštrukciou. Táto ostrá rezná hrana má horný aj spodný špirálovitý hrot na vyrovnávanie axiálnej sily nástroja nahor a nadol počas rezania. , aby sa zabezpečilo, že výsledná rezná sila smeruje na vnútornú stranu materiálu, aby sa dosiahli stabilné rezné podmienky a potlačil výskyt delaminácie materiálu. Konštrukcia horného a spodného kosoštvorcového okraja frézky "Pineapple Edge" dokáže efektívne rezať aj plechy z uhlíkových vlákien. Jeho hlboká drážka na triesky môže odoberať veľa tepla pri rezaní vypúšťaním triesok počas procesu rezania, aby sa predišlo poškodeniu uhlíkových vlákien. vlastnosti listu.
01 Nepretržité dlhé vlákno
Vlastnosti produktu:Najbežnejšia forma produktu výrobcov uhlíkových vlákien, zväzok je zložený z tisícok monofilamentov, ktoré sú rozdelené do troch typov podľa spôsobu krútenia: NT (Nikdy skrútené, nekrútené), UT (Neskrútené, nekrútené), TT alebo ST ( Twisted, twisted), z ktorých je NT najčastejšie používaným uhlíkovým vláknom.
Hlavná aplikácia:Používa sa hlavne na kompozitné materiály, ako sú CFRP, CFRTP alebo C/C kompozitné materiály, a medzi oblasti použitia patria letecké/letecké vybavenie, športové potreby a časti priemyselného vybavenia.
02 Priadza zo strižových vlákien
Vlastnosti produktu:priadza z krátkych vlákien, priadza spradená z krátkych uhlíkových vlákien, ako sú napríklad uhlíkové vlákna na báze smoly na všeobecné použitie, sú zvyčajne výrobky vo forme krátkych vlákien.
Hlavné použitia:tepelne izolačné materiály, antifrikčné materiály, C/C kompozitné diely atď.
03 Tkanina z uhlíkových vlákien
Vlastnosti produktu:Je vyrobený z nekonečného uhlíkového vlákna alebo z priadze z uhlíkových vlákien. Podľa spôsobu tkania možno tkaniny z uhlíkových vlákien rozdeliť na tkaniny, pleteniny a netkané textílie. V súčasnosti sú tkaniny z uhlíkových vlákien zvyčajne tkané tkaniny.
Hlavná aplikácia:Rovnaké ako kontinuálne uhlíkové vlákna, používané hlavne v kompozitných materiáloch, ako sú CFRP, CFRTP alebo C/C kompozitné materiály, a medzi oblasti použitia patria letecké/letecké vybavenie, športové potreby a časti priemyselného vybavenia.
04 Spletený pás z uhlíkových vlákien
Vlastnosti produktu:Patrí k druhu tkaniny z uhlíkových vlákien, ktorá je tiež tkaná z nekonečných uhlíkových vlákien alebo priadze z uhlíkových vlákien.
Hlavné použitie:Používa sa hlavne na výstužné materiály na báze živice, najmä na výrobu a spracovanie rúrkových výrobkov.
05 Nasekané uhlíkové vlákna
Vlastnosti produktu:Na rozdiel od koncepcie priadze z uhlíkových vlákien sa zvyčajne pripravuje z kontinuálneho uhlíkového vlákna prostredníctvom nasekaného spracovania a nasekaná dĺžka vlákna môže byť rezaná podľa potrieb zákazníka.
Hlavné použitia:Zvyčajne sa používa ako zmes plastov, živíc, cementu atď., primiešaním do matrice možno zlepšiť mechanické vlastnosti, odolnosť proti opotrebovaniu, elektrickú vodivosť a tepelnú odolnosť; v posledných rokoch sú výstužné vlákna v kompozitoch z uhlíkových vlákien pre 3D tlač väčšinou nasekané uhlíkové vlákna. hlavné.
06 Brúsenie uhlíkových vlákien
Vlastnosti produktu:Pretože uhlíkové vlákno je krehký materiál, možno ho po mletí pripraviť na práškový materiál z uhlíkových vlákien, to znamená mletie uhlíkových vlákien.
Hlavná aplikácia:podobný nasekaným uhlíkovým vláknam, ale zriedka sa používa pri vystužovaní cementu; zvyčajne sa používa ako zmes plastu, živice, gumy atď. na zlepšenie mechanických vlastností, odolnosti proti opotrebovaniu, elektrickej vodivosti a tepelnej odolnosti matrice.
07 Rohož z uhlíkových vlákien
