Από την ίνα στο προϊόν - Βαθιά κατανόηση των ινών άνθρακα

Γνωρίστε πρώτα τις ίνες άνθρακα

Οι ίνες άνθρακα είναι ένα ινώδες υλικό με περιεκτικότητα σε άνθρακα μεγαλύτερη από 95 τοις εκατό. Έχει εξαιρετικές μηχανικές, χημικές, ηλεκτρικές και άλλες εξαιρετικές ιδιότητες. Είναι ο «βασιλιάς των νέων υλικών» και ένα στρατηγικό υλικό που λείπει από στρατιωτική και πολιτική ανάπτυξη. Γνωστός ως «Μαύρος Χρυσός».

Αυτή, γνωστή ως ευγενές υλικό

Πολλά λεφτά, μια ίντσα χρυσό

Είναι το όπλο του πάρτι των drag racing και το «σκοτεινό άλογο» στη βιομηχανία υλικών

είναι ανθρακονήματα

Αυτό που βλέπουν όλοι είναι η γραμμή παραγωγής ανθρακονημάτων

η εντελώς ανεξάρτητη έρευνα και ανάπτυξη γραμμής παραγωγής ανθρακονημάτων 100-ton T1000 της χώρας μου

λεπτές ίνες άνθρακα

Πώς φτιάχνεται;

Η τεχνολογία της διαδικασίας παραγωγής ανθρακονημάτων έχει αναπτυχθεί μέχρι στιγμής και έχει ωριμάσει. Με τη συνεχή ανάπτυξη των σύνθετων υλικών από ανθρακονήματα, ευνοείται όλο και περισσότερο από όλα τα κοινωνικά στρώματα, ειδικά η ισχυρή ανάπτυξη της αεροπορίας, των αυτοκινήτων, των σιδηροδρόμων, των πτερυγίων αιολικής ενέργειας κ.λπ. και ο κινητήριος ρόλος του, η ανάπτυξη της βιομηχανίας ινών άνθρακα . Οι προοπτικές είναι ακόμη ευρύτερες.

Η αλυσίδα βιομηχανίας ανθρακονημάτων μπορεί να χωριστεί σε ανάντη και κατάντη. Η ανάντη συνήθως αναφέρεται στην παραγωγή υλικών ειδικά για ανθρακονήματα. κατάντη αναφέρεται συνήθως στην παραγωγή εξαρτημάτων εφαρμογής ανθρακονημάτων. Οι εταιρείες μεταξύ ανάντη και κατάντη μπορούν να τις θεωρούν ως προμηθευτές εξοπλισμού στη διαδικασία παραγωγής ανθρακονημάτων. Όπως φαίνεται στο σχήμα:

Στο ανάντη της αλυσίδας βιομηχανίας ανθρακονημάτων, ολόκληρη η διαδικασία από το ακατέργαστο μετάξι έως τις ανθρακονήματα πρέπει να περάσει από κλίβανο οξείδωσης, κλίβανο ανθρακοποίησης, κλίβανο γραφιτοποίησης, επεξεργασία επιφανειών, ταξινόμηση μεγέθους και άλλες διαδικασίες. Δομή ινών που κυριαρχείται από ανθρακονήματα.

Το ανάντη της αλυσίδας της βιομηχανίας ινών άνθρακα ανήκει στην πετροχημική βιομηχανία, η οποία λαμβάνει κυρίως ακρυλονιτρίλιο μέσω διύλισης αργού πετρελαίου, πυρόλυσης, οξείδωσης αμμωνίας και άλλων διεργασιών. Οι επιχειρήσεις ανθρακονημάτων παράγουν πολυακρυλονιτρίλιο πολυμερίζοντας τις πρώτες ύλες που αποτελούνται κυρίως από ακρυλονιτρίλιο και στη συνέχεια το περιστρέφουν για να λάβουν πολυακρυλονιτρίλιο. Πρόδρομη ίνα πολυακρυλονιτριλίου, η ίνα άνθρακα λαμβάνεται με προοξείδωση και ενανθράκωση της πρόδρομης ίνας και το σύνθετο υλικό από ανθρακονήματα λαμβάνεται με επεξεργασία ινών άνθρακα και ρητίνης υψηλής ποιότητας για την κάλυψη των απαιτήσεων εφαρμογής.

Η διαδικασία παραγωγής ανθρακονημάτων περιλαμβάνει κυρίως: σχεδίαση, σχεδίαση, σταθεροποίηση, ενανθράκωση και γραφιτοποίηση. Όπως φαίνεται στο σχήμα:

Σχέδιο: Αυτό είναι το πρώτο βήμα στη διαδικασία παραγωγής ανθρακονημάτων. Διαχωρίζει κυρίως τις πρώτες ύλες σε ίνες, κάτι που αποτελεί φυσική αλλαγή. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η μεταφορά μάζας και μεταφορά θερμότητας μεταξύ του περιστρεφόμενου υγρού και του υγρού πήξης, και τέλος η κατακρήμνιση PAN. Νήματα που σχηματίζουν μια δομή γέλης.

Σχεδίαση: απαιτεί θερμοκρασία 100 έως 300 μοίρες για να λειτουργήσει σε συνδυασμό με την επίδραση τάνυσης των προσανατολισμένων ινών. Είναι επίσης ένα βασικό βήμα στον υψηλό συντελεστή, την υψηλή ενίσχυση, την πύκνωση και τη βελτίωση των ινών PAN.

Σταθερότητα: Η θερμοπλαστική γραμμική μακρομοριακή αλυσίδα PAN μετατρέπεται σε μια μη πλαστική ανθεκτική στη θερμότητα τραπεζοειδή δομή με τη μέθοδο θέρμανσης και οξείδωσης στους 400 βαθμούς, έτσι ώστε να είναι μη λιώσιμο και μη εύφλεκτο σε υψηλή θερμοκρασία, διατηρώντας το σχήμα της ίνας. , και η θερμοδυναμική είναι σε σταθερή κατάσταση.

Ενανθράκωση: Είναι απαραίτητο να απομακρυνθούν τα μη ανθρακούχα στοιχεία στο PAN σε θερμοκρασία 1,000 έως 2,000 μοίρες και, τέλος, να δημιουργηθούν ίνες άνθρακα με στροβιλοστρατική δομή γραφίτη με περιεκτικότητα σε άνθρακα περισσότερο από το 90 τοις εκατό.

Γραφιτοποίηση: Απαιτείται θερμοκρασία 2,000 έως 3,000 βαθμών για τη μετατροπή άμορφων και στροβιλοστρωτικών ανθρακούχων υλικών σε τρισδιάστατες δομές γραφίτη, το οποίο είναι το κύριο τεχνικό μέτρο για τη βελτίωση του συντελεστή ινών άνθρακα .

Η λεπτομερής διαδικασία των ινών άνθρακα από τη διαδικασία παραγωγής ακατέργαστου μεταξιού έως το τελικό προϊόν είναι ότι το ακατέργαστο μετάξι PAN παράγεται από την προηγούμενη διαδικασία παραγωγής ακατέργαστου μεταξιού. Μετά την προέλκυση από την υγρή θερμότητα του συρμάτινου τροφοδότη, μεταφέρεται διαδοχικά στον κλίβανο προοξείδωσης από τη μηχανή έλξης. Μετά το ψήσιμο σε διαφορετικές θερμοκρασίες βαθμίδωσης στην ομάδα κλιβάνου προοξείδωσης, σχηματίζονται οξειδωμένες ίνες, δηλαδή προοξειδωμένες ίνες. οι προοξειδωμένες ίνες διαμορφώνονται σε ίνες άνθρακα αφού περάσουν από κλιβάνους ανθρακοποίησης μέσης και υψηλής θερμοκρασίας. Οι ίνες άνθρακα υποβάλλονται στη συνέχεια σε τελική επιφανειακή επεξεργασία, κολλάρισμα, ξήρανση και άλλες διεργασίες για να ληφθούν προϊόντα από ανθρακονήματα. . Η όλη διαδικασία συνεχούς τροφοδοσίας καλωδίων και ακριβούς ελέγχου, ένα μικρό πρόβλημα σε οποιαδήποτε διαδικασία θα επηρεάσει τη σταθερή παραγωγή και την ποιότητα του τελικού προϊόντος από ανθρακονήματα. Η παραγωγή ανθρακονημάτων έχει μακρά ροή διαδικασίας, πολλά τεχνικά βασικά σημεία και υψηλά εμπόδια παραγωγής. Είναι μια ενοποίηση πολλών κλάδων και τεχνολογιών.

Το παραπάνω είναι η κατασκευή ανθρακονημάτων, ας ρίξουμε μια ματιά στο πώς χρησιμοποιούνται οι ανθρακονήματα!

Επεξεργασία προϊόντων από ανθρακονήματα

1. Κοπή

Το prepreg αφαιρείται από την ψυχρή αποθήκευση στους μείον 18 βαθμούς. Μετά το ξύπνημα, το πρώτο βήμα είναι να κόψετε με ακρίβεια το υλικό σύμφωνα με το διάγραμμα υλικού στην αυτόματη μηχανή κοπής.

2. Πλακόστρωση

Το δεύτερο βήμα είναι η τοποθέτηση του προεμποτίσματος στο εργαλείο τοποθέτησης και η τοποθέτηση διαφορετικών στρωμάτων σύμφωνα με τις απαιτήσεις σχεδιασμού. Όλες οι διεργασίες πραγματοποιούνται με τοποθέτηση λέιζερ.

3. Διαμόρφωση

Μέσω ενός αυτοματοποιημένου ρομπότ χειρισμού, το προφόρμα αποστέλλεται στη μηχανή χύτευσης για χύτευση με συμπίεση.

4. Κοπή

Μετά τη διαμόρφωση, το τεμάχιο εργασίας αποστέλλεται στον σταθμό εργασίας ρομπότ κοπής για το τέταρτο βήμα κοπής και αφαίρεσης γρεζιών για να διασφαλιστεί η ακρίβεια διαστάσεων του τεμαχίου εργασίας. Αυτή η διαδικασία μπορεί επίσης να λειτουργήσει σε CNC.

5. Καθαρισμός

Το πέμπτο βήμα είναι να εκτελέσετε καθαρισμό με ξηρό πάγο στο σταθμό καθαρισμού για να αφαιρέσετε το μέσο απελευθέρωσης, το οποίο είναι βολικό για την επακόλουθη διαδικασία επίστρωσης κόλλας.

6. Κόλλα

Το έκτο βήμα είναι η εφαρμογή δομικής κόλλας στο σταθμό ρομπότ κόλλησης. Η θέση κόλλησης, η ταχύτητα κόλλας και η απόδοση κόλλας ρυθμίζονται με ακρίβεια. Μέρος της σύνδεσης με τα μεταλλικά μέρη είναι καρφωμένο, το οποίο πραγματοποιείται στο σταθμό πριτσίνωσης.

7. Επιθεώρηση συναρμολόγησης

Μετά την εφαρμογή της κόλλας, συναρμολογούνται τα εσωτερικά και εξωτερικά πάνελ. Αφού ωριμάσει η κόλλα, πραγματοποιείται ανίχνευση μπλε φωτός για να διασφαλιστεί η ακρίβεια διαστάσεων των οπών, των σημείων, των γραμμών και των επιφανειών κλειδιών.

Η επεξεργασία των ινών άνθρακα είναι πιο δύσκολη

Οι ίνες άνθρακα έχουν τόσο την ισχυρή αντοχή εφελκυσμού των υλικών άνθρακα όσο και την απαλή ικανότητα επεξεργασίας των ινών. Το ανθρακονήματα είναι ένα νέο υλικό με εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες.

Η αντοχή του CFRP από ίνες άνθρακα είναι σημαντικά υψηλότερη από αυτή του GFRP από ίνες υάλου 

Πάρτε για παράδειγμα τις ανθρακονήματα και τον κοινό μας χάλυβα, συγκρίνετε αυτές τις δύο εικόνες, η αντοχή των ινών άνθρακα είναι περίπου 400 έως 800 MPa, ενώ η αντοχή του κοινού χάλυβα είναι 200 ​​έως 500 MPa. Όσον αφορά τη σκληρότητα, οι ανθρακονήματα και ο χάλυβας είναι βασικά παρόμοια και δεν υπάρχει εμφανής διαφορά.

Οι ίνες άνθρακα έχουν μεγαλύτερη αντοχή και μικρότερο βάρος, επομένως οι ίνες άνθρακα μπορούν να ονομαστούν ο βασιλιάς των νέων υλικών. Λόγω αυτού του πλεονεκτήματος, κατά την επεξεργασία σύνθετων υλικών ενισχυμένων με ίνες άνθρακα (CFRP), η μήτρα και οι ίνες έχουν πολύπλοκες εσωτερικές αλληλεπιδράσεις, καθιστώντας τις φυσικές τους ιδιότητες διαφορετικές από αυτές των μετάλλων. Η πυκνότητα του CFRP είναι πολύ μικρότερη από αυτή των μετάλλων, ενώ η αντοχή είναι μεγαλύτερη από τα περισσότερα μέταλλα. Λόγω της ανομοιογένειας του CFRP, η αποκόλληση ινών ή η αποκόλληση ινών μήτρας συμβαίνει συχνά κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας. Το CFRP έχει υψηλή αντοχή στη θερμότητα και αντοχή στη φθορά, γεγονός που το καθιστά πιο απαιτητικό για τον εξοπλισμό κατά την επεξεργασία, επομένως παράγεται μεγάλη ποσότητα θερμότητας κοπής στη διαδικασία παραγωγής, η οποία είναι πιο σοβαρή για τη φθορά του εξοπλισμού.

Ταυτόχρονα, με τη συνεχή επέκταση των πεδίων εφαρμογής του, οι απαιτήσεις γίνονται όλο και πιο λεπτές και οι απαιτήσεις για τη δυνατότητα εφαρμογής των υλικών και οι απαιτήσεις ποιότητας για CFRP γίνονται όλο και πιο αυστηρές, γεγονός που προκαλεί και το κόστος επεξεργασίας ανεβαίνω.

Επεξεργασία σανίδας από ανθρακονήματα

Αφού σκληρυνθεί και σχηματιστεί η σανίδα από ανθρακονήματα, απαιτείται μετα-επεξεργασία, όπως κοπή και διάτρηση για απαιτήσεις ακρίβειας ή ανάγκες συναρμολόγησης. Υπό τις ίδιες συνθήκες παραμέτρων της διαδικασίας κοπής, βάθους κοπής κ.λπ., η επιλογή εργαλείων και τρυπανιών διαφορετικών υλικών, μεγεθών και σχημάτων θα έχει πολύ διαφορετικά αποτελέσματα. Ταυτόχρονα, παράγοντες όπως η αντοχή, η κατεύθυνση, ο χρόνος και η θερμοκρασία των εργαλείων και των τρυπανιών θα επηρεάσουν επίσης τα αποτελέσματα της επεξεργασίας.

Στη διαδικασία μετά την επεξεργασία, προσπαθήστε να επιλέξετε ένα αιχμηρό εργαλείο με επίστρωση διαμαντιού και ένα τρυπάνι από συμπαγές καρβίδιο. Η αντίσταση στη φθορά του εργαλείου και του τρυπανιού καθορίζει την ποιότητα της επεξεργασίας και τη διάρκεια ζωής του εργαλείου. Εάν το εργαλείο και το τρυπάνι δεν είναι αρκετά αιχμηρά ή χρησιμοποιούνται ακατάλληλα, όχι μόνο θα επιταχύνουν τη φθορά, θα αυξήσουν το κόστος επεξεργασίας του προϊόντος, αλλά θα προκαλέσουν επίσης ζημιά στην πλάκα, επηρεάζοντας το σχήμα και το μέγεθος της πλάκας και το σταθερότητα των διαστάσεων των οπών και των αυλακώσεων στην πλάκα. Προκαλεί σχίσιμο σε στρώσεις του υλικού, ή ακόμα και κατάρρευση μπλοκ, με αποτέλεσμα την απόρριψη ολόκληρης της σανίδας.

Όταν τρυπάτε φύλλα από ανθρακονήματα, όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα, τόσο καλύτερο είναι το αποτέλεσμα. Στην επιλογή των τρυπανιών, η μοναδική σχεδίαση μύτης τρυπανιού του τρυπανιού ακμής προσώπου PCD8 είναι πιο κατάλληλη για φύλλα από ανθρακονήματα, τα οποία μπορούν να διεισδύσουν καλύτερα σε φύλλα από ανθρακονήματα και να μειώσουν τον κίνδυνο αποκόλλησης

Όταν κόβετε χοντρά φύλλα από ανθρακονήματα, συνιστάται η χρήση φρεζαρίσματος συμπίεσης διπλής ακμής με σχέδιο αριστερής και δεξιάς ελικοειδούς ακμής. Αυτή η αιχμηρή ακμή κοπής έχει τόσο επάνω όσο και κάτω ελικοειδείς άκρες κοπής, οι οποίες εξισορροπούν την αξονική δύναμη του εργαλείου πάνω και κάτω κατά τη διάρκεια της κοπής. , για να διασφαλιστεί ότι η προκύπτουσα δύναμη κοπής κατευθύνεται προς την εσωτερική πλευρά του υλικού, έτσι ώστε να επιτευχθούν σταθερές συνθήκες κοπής και να καταστέλλεται η εμφάνιση αποκόλλησης υλικού. Ο σχεδιασμός των άνω και κάτω άκρων σε σχήμα ρόμβου του δρομολογητή "Pineapple Edge" μπορεί επίσης να κόψει αποτελεσματικά φύλλα ανθρακονήματος. Το βαθύ φλάουτο με τσιπ μπορεί να αφαιρέσει μεγάλη ποσότητα θερμότητας κοπής μέσω της εκκένωσης των τσιπ κατά τη διαδικασία κοπής, έτσι ώστε να αποφευχθεί η ζημιά στις ίνες άνθρακα. ιδιότητες φύλλου.