Uhlíkové vlákno je vláknitý materiál s obsahem uhlíku vyšším než 95 %. Má vynikající mechanické, chemické, elektrické a další vynikající vlastnosti. Je to „král nových materiálů“ a strategický materiál, který chybí ve vojenském a civilním rozvoji. Známé jako „černé zlato“.
Výrobní řada uhlíkových vláken je následující:
Jak se vyrábí štíhlé uhlíkové vlákno?
Technologie procesu výroby uhlíkových vláken se zatím vyvíjela a dozrála. S neustálým vývojem kompozitních materiálů z uhlíkových vláken je stále více a více upřednostňováno všemi oblastmi života, zejména silným růstem letectví, automobilů, železnic, větrných lopatek atd. a jeho hnacím efektem, rozvojem průmyslu uhlíkových vláken . Vyhlídky jsou ještě širší.
Průmyslový řetězec uhlíkových vláken lze rozdělit na upstream a downstream. Upstream obvykle označuje výrobu materiálů specifických pro uhlíková vlákna; downstream obvykle odkazuje na výrobu komponent pro aplikaci uhlíkových vláken. Společnosti mezi upstream a downstream je mohou považovat za poskytovatele zařízení v procesu výroby uhlíkových vláken. Jak je znázorněno na obrázku:
Celý proces od surového hedvábí po uhlíková vlákna před průmyslovým řetězcem uhlíkových vláken musí projít procesy, jako jsou oxidační pece, karbonizační pece, grafitizační pece, povrchová úprava a klížení. Ve struktuře vláken dominuje uhlíková vlákna.
Před průmyslovým řetězcem uhlíkových vláken patří do petrochemického průmyslu a akrylonitril se získává hlavně rafinací ropy, krakováním, oxidací čpavku atd.; Polyakrylonitrilové prekurzorové vlákno, uhlíkové vlákno se získává předoxidací a karbonizací prekurzorového vlákna a kompozitní materiál z uhlíkových vláken se získává zpracováním uhlíkových vláken a vysoce kvalitní pryskyřice, aby byly splněny aplikační požadavky.
Proces výroby uhlíkových vláken zahrnuje především tažení, tažení, stabilizaci, karbonizaci a grafitizaci. Jak je znázorněno na obrázku:
Výkres:Toto je první krok v procesu výroby uhlíkových vláken. Především separuje suroviny na vlákna, což je fyzikální změna. Během tohoto procesu dochází k přenosu hmoty a tepla mezi zvlákňovací kapalinou a koagulační kapalinou a nakonec k vysrážení PAN. Vlákna tvoří gelovou strukturu.
Vypracování:vyžaduje teplotu 100 až 300 stupňů, aby fungoval ve spojení s natahovacím efektem orientovaných vláken. Je to také klíčový krok v oblasti vysokého modulu, vysokého vyztužení, zhuštění a zušlechťování vláken PAN.
Stabilita:Termoplastický lineární makromolekulární řetězec PAN je metodou ohřevu a oxidace při 400 stupních přeměněn na neplastovou tepelně odolnou lichoběžníkovou strukturu tak, aby se při vysoké teplotě neroztavil a nehořel, zachoval si tvar vlákna a termodynamika je ve stabilním stavu.
Karbonizace:V PAN je nutné při teplotě 1 000 až 2 000 stupňů vyhnat nekarbonové prvky a nakonec vygenerovat uhlíková vlákna s turbostratickou grafitovou strukturou s obsahem uhlíku vyšším než 90 %.
Grafitizace: K přeměně amorfních a turbostratických karbonizovaných materiálů na trojrozměrné grafitové struktury vyžaduje teplotu 2 000 až 3 000 stupňů, což je hlavní technické opatření ke zlepšení modulu uhlíkových vláken.
Podrobný proces výroby uhlíkových vláken od procesu výroby surového hedvábí až po hotový výrobek spočívá v tom, že surové hedvábí PAN se vyrábí předchozím procesem výroby surového hedvábí. Po předtažení mokrým teplem podavače drátu je tento postupně předán tažným strojem do předoxidační pece. Po vypálení při různém gradientu teplot ve skupině předoxidační pece se vytvoří oxidovaná vlákna, tj. předoxidovaná vlákna; předoxidovaná vlákna jsou tvarována do uhlíkových vláken po průchodu středoteplotní a vysokoteplotní karbonizační pecí; uhlíková vlákna jsou poté podrobena konečné povrchové úpravě, klížení, sušení a dalším procesům za účelem získání produktů z uhlíkových vláken. . Celý proces kontinuálního podávání drátu a přesné řízení, malý problém v jakémkoli procesu ovlivní stabilní výrobu a kvalitu konečného produktu z uhlíkových vláken. Výroba uhlíkových vláken má dlouhý procesní tok, mnoho technických klíčových bodů a vysoké výrobní bariéry. Jde o integraci více oborů a technologií.
Výše uvedené je výroba uhlíkových vláken, pojďme se podívat, jak se používá tkanina z uhlíkových vláken!
Zpracování výrobků z uhlíkových vláken
1. Řezání
Prepreg se vyjme z chladírny při minus 18 stupních. Po probuzení je prvním krokem přesné řezání materiálu podle materiálového diagramu na automatickém řezacím stroji.
2. Dlažba
Druhým krokem je položení prepregu na pokládací nástroj a položení různých vrstev podle požadavků návrhu. Všechny procesy jsou prováděny pomocí laserového polohování.
3. Tváření
Prostřednictvím automatizovaného manipulačního robota je předlisek odeslán do formovacího stroje pro lisování.
4. Řezání
Po vytvarování je obrobek odeslán do pracovní stanice řezacího robota pro čtvrtý krok řezání a odstraňování otřepů, aby byla zajištěna rozměrová přesnost obrobku. Tento proces lze provozovat i na CNC.
5. Čištění
Pátým krokem je čištění suchým ledem na čistící stanici, aby se odstranil uvolňovací prostředek, což je vhodné pro následný proces nanášení lepidla.
6. Lepidlo
Šestým krokem je nanesení konstrukčního lepidla na stanici lepícího robota. Pozice lepení, rychlost lepidla a výstup lepidla jsou přesně nastaveny. Část spojení s kovovými díly je nýtována, což se provádí na nýtovací stanici.
7. Kontrola montáže
Po nanesení lepidla se smontují vnitřní a vnější panely. Po vytvrzení lepidla se provádí detekce modrého světla, aby byla zajištěna rozměrová přesnost klíčových dírek, bodů, čar a povrchů.
Uhlíkové vlákno je náročnější na zpracování
Uhlíkové vlákno má jak silnou pevnost v tahu uhlíkových materiálů, tak měkkou zpracovatelnost vláken. Uhlíkové vlákno je nový materiál s vynikajícími mechanickými vlastnostmi. Vezměme si jako příklad uhlíková vlákna a naši běžnou ocel, pevnost uhlíkových vláken se pohybuje kolem 400 až 800 MPa, zatímco pevnost běžné oceli je 200 až 500 MPa. Při pohledu na houževnatost jsou uhlíková vlákna a ocel v zásadě podobné a není mezi nimi žádný zjevný rozdíl.
Karbonové vlákno má vyšší pevnost a nižší hmotnost, proto lze karbonové vlákno nazvat králem nových materiálů. Kvůli této výhodě dochází při zpracování kompozitů vyztužených uhlíkovými vlákny (CFRP) mezi matricí a vlákny složité vnitřní interakce, díky nimž se jejich fyzikální vlastnosti liší od vlastností kovů. Hustota CFRP je mnohem menší než u kovů, zatímco pevnost je větší než u většiny kovů. Kvůli nehomogenitě CFRP dochází během zpracování často k vytahování vláken nebo k oddělování vláken matrice; CFRP má vysokou tepelnou odolnost a odolnost proti opotřebení, což z něj činí náročnější zařízení při zpracování, takže ve výrobním procesu vzniká velké množství řezného tepla, které je závažnější pro opotřebení zařízení.
Současně s neustálým rozšiřováním jeho aplikačních oblastí jsou požadavky stále choulostivější a požadavky na použitelnost materiálů a požadavky na kvalitu CFRP jsou stále přísnější, což také způsobuje náklady na zpracování vstát.
Zpracování karbonových desek
Poté, co je deska z uhlíkových vláken vytvrzena a tvarována, je vyžadováno následné zpracování, jako je řezání a vrtání pro požadavky na přesnost nebo montáž. Za stejných podmínek, jako jsou parametry procesu řezání a hloubka řezu, bude mít výběr nástrojů a vrtáků z různých materiálů, velikostí a tvarů velmi odlišné účinky. Výsledky zpracování přitom ovlivní také faktory, jako je síla, směr, čas a teplota nástrojů a vrtáků.
V procesu následného zpracování se snažte vybrat ostrý nástroj s diamantovým povlakem a vrták ze slinutého karbidu. Odolnost nástroje a samotného vrtáku proti opotřebení určuje kvalitu zpracování a životnost nástroje. Pokud nástroj a vrták nejsou dostatečně ostré nebo se používají nesprávně, nejen urychlí opotřebení, zvýší náklady na zpracování produktu, ale také způsobí poškození desky, což ovlivní tvar a velikost desky a stabilita rozměrů otvorů a drážek na desce. Způsobuje vrstvené trhání materiálu nebo dokonce kolaps bloku, což má za následek sešrotování celé desky.
Při vrtánídesky z uhlíkových vláken, čím vyšší rychlost, tím lepší efekt. Při výběru vrtáků je jedinečná konstrukce špičky vrtáku PCD8 s čelní hranou vhodnější pro desky z uhlíkových vláken, které mohou lépe pronikat deskami z uhlíkových vláken a snižují riziko delaminace.
Při řezání silných desek z uhlíkových vláken se doporučuje používat dvoubřitou tlakovou frézu s levým a pravým šroubovitým provedením hrany. Tato ostrá řezná hrana má jak horní, tak spodní spirálový hrot pro vyrovnání axiální síly nástroje nahoru a dolů během řezání. , aby se zajistilo, že výsledná řezná síla bude směřovat na vnitřní stranu materiálu, aby se získaly stabilní řezné podmínky a potlačil výskyt delaminace materiálu. Konstrukce horních a spodních kosočtvercových hran frézky "Pineapple Edge" může také efektivně řezat plechy z uhlíkových vláken. Jeho hluboká tříska může odvádět velké množství řezného tepla odvodem třísek během procesu řezání, aby se zabránilo poškození uhlíkových vláken. vlastnosti listu.
01 Nepřetržité dlouhé vlákno
Vlastnosti produktu:Nejběžnější produktová forma výrobců uhlíkových vláken, svazek je složen z tisíců monofilů, které se dělí do tří typů podle způsobu kroucení: NT (nikdy nekroucený, nekroucený), UT (nekroucený, nekroucený), TT nebo ST ( Twisted, twisted), z nichž NT je nejčastěji používaným uhlíkovým vláknem.
Hlavní aplikace:Používá se hlavně pro kompozitní materiály, jako jsou CFRP, CFRTP nebo C/C kompozitní materiály, a mezi oblasti použití patří vybavení pro letadla/letecký průmysl, sportovní zboží a díly průmyslového vybavení.
02 Příze ze staplových vláken
Vlastnosti produktu:příze z krátkých vláken, příze spředené z krátkých uhlíkových vláken, jako jsou uhlíková vlákna na bázi smoly pro všeobecné použití, jsou obvykle výrobky ve formě krátkých vláken.
Hlavní použití:tepelně izolační materiály, antifrikční materiály, C/C kompozitní díly atd.
03 Tkanina z uhlíkových vláken
Vlastnosti produktu:Vyrábí se z nekonečných uhlíkových vláken nebo spředené příze z uhlíkových vláken. Podle způsobu tkaní lze tkaniny z uhlíkových vláken rozdělit na tkaniny, pleteniny a netkané textilie. V současnosti jsou tkaniny z uhlíkových vláken obvykle tkaniny.
Hlavní aplikace:Stejné jako kontinuální uhlíková vlákna, používaná hlavně v kompozitních materiálech, jako jsou CFRP, CFRTP nebo C/C kompozitní materiály, a aplikační oblasti zahrnují vybavení pro letadla/letecký průmysl, sportovní zboží a díly průmyslového vybavení.
04 Oplétaný pás z uhlíkových vláken
Vlastnosti produktu:Patří k druhu tkaniny z uhlíkových vláken, která je také tkaná z nekonečných uhlíkových vláken nebo spředené příze z uhlíkových vláken.
Hlavní použití:Používá se hlavně pro výztužné materiály na bázi pryskyřic, zejména pro výrobu a zpracování trubkových výrobků.
05 Řezané uhlíkové vlákno
Vlastnosti produktu:Na rozdíl od konceptu spřádané příze z uhlíkových vláken se obvykle připravuje z kontinuálního uhlíkového vlákna zpracováním nasekaného materiálu a nasekaná délka vlákna může být řezána podle potřeb zákazníka.
Hlavní použití:Obvykle se používá jako směs plastů, pryskyřic, cementu atd., vmícháním do matrice lze zlepšit mechanické vlastnosti, odolnost proti opotřebení, elektrickou vodivost a tepelnou odolnost; v posledních letech jsou výztužná vlákna v kompozitech z uhlíkových vláken pro 3D tisk většinou nasekaná uhlíková vlákna. hlavní.
06 Broušení uhlíkových vláken
Vlastnosti produktu:Vzhledem k tomu, že uhlíkové vlákno je křehký materiál, lze jej po broušení připravit na práškový materiál z uhlíkových vláken, to znamená broušení uhlíkových vláken.
Hlavní aplikace:podobný nasekaným uhlíkovým vláknům, ale zřídka používaný v cementové výztuži; obvykle se používá jako směs plastu, pryskyřice, pryže atd. pro zlepšení mechanických vlastností, odolnosti proti opotřebení, elektrické vodivosti a tepelné odolnosti matrice.
07 Rohož z uhlíkových vláken
