Вуглецеве волокно це волокнистий матеріал з вмістом вуглецю більше 95%.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».
Лінія виробництва вуглецевого волокна виглядає наступним чином:
Як виготовляється тонке вуглецеве волокно?
Технологія процесу виробництва вуглецевого волокна розвинулась і зріла.З безперервним розвитком композитних матеріалів з вуглецевого волокна, він стає все більш і більш сприятливим для всіх сфер життя, особливо потужне зростання авіації, автомобілів, залізниці, лопатей вітрової енергії тощо та його рушійний ефект, 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:
Увесь процес від сирого шовку до вуглецевого волокна перед ланцюгом виробництва вуглецевого волокна має пройти через такі процеси, як печі окислення, печі карбонізації, печі графітизації, обробка поверхні та розмір.У структурі волокна переважає вуглецеве волокно.
Верхня частина промислового ланцюга вуглецевого волокна належить до нафтохімічної промисловості, а акрилонітрил в основному отримують шляхом переробки сирої нафти, крекінгу, окислення аміаку тощо;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 креслення, креслення, стабілізацію, карбонізацію та графітизацію.Як показано на малюнку:
Малювання:Це перший крок у процесі виробництва вуглецевого волокна.В основному він розділяє сировину на волокна, що є фізичною зміною.Під час цього процесу відбувається масообмін і теплообмін між прядильною рідиною та коагуляційною рідиною, і, нарешті, осадження PAN.Нитки утворюють структуру гелю.
Складання:потрібна температура від 100 до 300 градусів для роботи в поєднанні з ефектом розтягування орієнтованих волокон.Це також є ключовим кроком у високому модулі, 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 ПАН при температурі від 1000 до 2000 градусів і, нарешті, створити вуглецеві волокна з турбостратною структурою графіту з вмістом вуглецю понад 90%.
Графітізація: потрібна температура від 2000 до 3000 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 тканина з вуглецевого волокна!
Обробка виробів з вуглеволокнистої тканини
1. Нарізка
Виймають препрег з 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 проектних вимог.Всі процеси відбуваються під лазерним позиціонуванням.
3. Формування
За допомогою автоматизованого робота-маніпулятора 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 — 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 замкових щілин, 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.Візьмемо, наприклад, вуглецеве волокно та нашу звичайну сталь, міцність вуглецевого волокна становить приблизно від 400 до 800 МПа, тоді як міцність звичайної сталі становить 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 вуглецеве волокно можна назвати королем нових матеріалів.Завдяки цій перевагі під час обробки композитів, армованих вуглецевим волокном (CFRP), матриця та волокна мають складні внутрішні взаємодії, 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, таких як параметри процесу різання та глибина різання, вибір інструментів і свердел із 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.
При свердліннілисти з вуглецевого волокна, чим вище швидкість, тим кращий ефект.Щодо вибору свердел, то унікальна конструкція наконечника свердла PCD8 для листів з вуглецевого волокна 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 двосторонню компресійну фрезу з лівою та правою конструкцією спіральних країв.Ця гостра ріжуча кромка має як верхню, так і нижню спіральні наконечники для балансування осьової сили інструменту 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 багато тепла від різання через виділення стружки під час процесу різання, щоб уникнути пошкодження вуглецевого волокна.властивості листа.
01 Безперервне довге волокно
Особливості продукту:Найпоширеніша форма продукту виробників вуглецевого волокна, пучок складається з тисяч монониток, які поділяються на три типи відповідно до методу скручування: NT (Never Twisted, untwisted), UT (Untwisted, untwisted), TT або ST ( Кручений, скручений), з яких NT є найбільш часто використовуваним вуглецевим волокном.
Основне застосування:В основному використовується для композитних матеріалів, таких як CFRP, CFRTP або C/C композитні матеріали, і сфери застосування включають авіаційне/аерокосмічне обладнання, спортивні товари та частини промислового обладнання.
02 Пряжа зі штапельного волокна
Особливості продукту:пряжа з короткими волокнами для коротких ниток, пряжа з коротких вуглецевих волокон, таких як вуглецеві волокна загального призначення на основі пеку, зазвичай являють собою продукти у формі коротких волокон.
Основне використання:теплоізоляційні матеріали, антифрикційні матеріали, C/C композитні деталі тощо.
03 Тканина з вуглецевого волокна
Особливості продукту:Він виготовлений з безперервного вуглецевого волокна або вуглецевого волокна.За способом плетіння тканини з вуглецевого волокна можна розділити на ткані, трикотажні та неткані.В даний час тканини з вуглецевого волокна зазвичай є тканими тканинами.
Основне застосування:Так само, як безперервне вуглецеве волокно, в основному використовується в композитних матеріалах, таких як CFRP, CFRTP або C/C композитні матеріали, а сфери застосування включають авіаційне/аерокосмічне обладнання, спортивні товари та частини промислового обладнання.
04 Плетений ремінь з вуглецевого волокна
Особливості продукту:Він належить до різновиду тканини з вуглецевого волокна, яка також виткана з безперервної пряжі з вуглецевого волокна або вуглецевого волокна.
Основне використання:В основному використовується для армуючих матеріалів на основі смоли, особливо для виробництва та обробки трубних виробів.
05 Рубане вуглецеве волокно
