Fra fiber til produkt - Dyp forståelse av karbonfiber

Bli kjent med karbonfiber først

Karbonfiber er et fibermateriale med et karboninnhold på mer enn 95%. Den har utmerkede mekaniske, kjemiske, elektriske og andre gode egenskaper. Det er "kongen av nye materialer" og et strategisk materiale som mangler i militær og sivil utvikling. Kjent som "Black Gold".

Hun, kjent som edelt materiale

Mye penger, en tomme gull

Hun er våpenet til drag racing party og den "mørke hesten" i materialindustrien

hun er karbonfiber

Det alle ser er produksjonslinjen av karbonfiber

mitt lands helt uavhengige forskning og utvikling av 100 tonn T1000 karbonfiber produksjonslinje

slank karbonfiber

Hvordan lages det?

Karbonfiberproduksjonsprosessen har utviklet seg så langt og har modnet. Med den kontinuerlige utviklingen av karbonfiberkomposittmaterialer, er det mer og mer favorisert av alle samfunnslag, spesielt den sterke veksten av luftfart, bil, jernbane, vindkraftblader, etc. og dens kjørerolle, utviklingen av karbonfiberindustrien. Utsiktene er enda bredere.

Karbonfiberindustrikjeden kan deles inn i oppstrøms og nedstrøms. Oppstrøms refererer vanligvis til produksjon av karbonfiberspesifikke materialer; nedstrøms refererer vanligvis til produksjon av karbonfiberapplikasjonskomponenter. Bedrifter mellom oppstrøms og nedstrøms kan tenke på dem som utstyrsleverandører i karbonfiberproduksjonsprosessen. Som vist i figuren:

I oppstrøms for karbonfiberindustrien må hele prosessen fra rå silke til karbonfiber gå gjennom oksidasjonsovn, karboniseringsovn, grafitiseringsovn, overflatebehandling, størrelse og andre prosesser. Fiberstruktur dominert av karbonfiber.

Oppstrøms for karbonfiberindustrien tilhører den petrokjemiske industrien, som hovedsakelig oppnår akrylitril gjennom råoljeraffinering, sprekker, ammoniakkoksidasjon og andre prosesser; karbonfiberbedrifter genererer polyakrylonitril ved å polymerisere råmaterialene som hovedsakelig består av akrylitril, og deretter spinne det for å oppnå polyakrylonitril. Polyakrylonitril forløperfiber, karbonfiber oppnås ved foroksidasjon og karbonisering av forløperfiber, og karbonfiberkomposittmateriale oppnås ved å behandle karbonfiber og høykvalitets harpiks for å oppfylle applikasjonskravene.

Produksjonsprosessen for karbonfiber inkluderer hovedsakelig: tegning, tegning, stabilisering, karbonisering og grafitisering. Som vist i figuren:

Tegning: Dette er det første trinnet i produksjonsprosessen av karbonfiber. Det skiller hovedsakelig råmaterialene i fibre, noe som er en fysisk forandring. Under denne prosessen overføres masseoverføringen og varmeoverføringen mellom den spinnende væsken og koagulasjonsvæsken, og til slutt PAN-nedbør. Filamenter danner en gelstruktur.

Utarbeidelse: krever en temperatur på 100 til 300 grader for å fungere sammen med strekkeffekten av orienterte fibre. Det er også et viktig skritt i høy modulus, høy forsterkning, fortetting og raffinement av PAN-fibre.

Stabilitet: Den termoplastiske PAN-lineære makromolekylære kjeden omdannes til en ikke-plastisk varmebestandig trapesformet struktur ved oppvarmings- og oksidasjonsmetoden ved 400 grader, slik at den ikke smelter og ikke-brennbar ved høy temperatur, opprettholder fiberformen og termodynamikken er i stabil tilstand.

Karbonisering: Det er nødvendig å drive ut ikke-karbonelementer i PAN ved en temperatur på 1000 til 2000 grader, og til slutt generere karbonfibre med en turbostratisk grafittstruktur med et karboninnhold på mer enn 90%.

Grafitisering: Det krever en temperatur på 2000 til 3000 grader for å konvertere amorfe og turbostratiske karboniserte materialer til tredimensjonale grafittstrukturer, som er det viktigste tekniske tiltaket for å forbedre modulen av karbonfibre.

Den detaljerte prosessen med karbonfiber fra den rå silkeproduksjonsprosessen til det ferdige produktet er at PAN rå silke produseres av den forrige rå silkeproduksjonsprosessen. Etter fortegning av den våte varmen til trådmateren, overføres den sekvensielt til foroksidasjonsovnen av tegnemaskinen. Etter å ha blitt bakt ved forskjellige gradienttemperaturer i preoksidasjonsovnsgruppen, dannes oksiderte fibre, det vil forventes fibre; De preoksiderte fibrene dannes i karbonfibre etter å ha passert gjennom middels temperatur og høytemperatur karboniseringsovner; karbonfibrene blir deretter utsatt for endelig overflatebehandling, størrelse, tørking og andre prosesser for å oppnå karbonfiberprodukter. . Hele prosessen med kontinuerlig trådmating og presis kontroll, et lite problem i enhver prosess vil påvirke stabil produksjon og kvaliteten på det endelige karbonfiberproduktet. Karbonfiberproduksjon har en lang prosessflyt, mange tekniske nøkkelpunkter og høye produksjonsbarrierer. Det er en integrasjon av flere disipliner og teknologier.

Ovennevnte er produksjon av karbonfiber, la oss ta en titt på hvordan karbonfiber brukes!

Behandling av karbonfiberprodukter

1. Kutting

Prepregen er tatt ut fra kjølelageret ved minus 18 grader. Etter oppvåkning er det første trinnet å kutte materialet nøyaktig i henhold til materialdiagrammet på den automatiske skjæremaskinen.

2. Belegning

Det andre trinnet er å legge prepreg på leggingsverktøyet, og legge forskjellige lag i henhold til designkravene. Alle prosesser utføres under laserposisjonering.

3. Forming

Gjennom en automatisert håndteringsrobot sendes forformen til støpemaskinen for kompresjonsstøping.

4. Kutting

Etter forming sendes arbeidsstykket til skjærerobotens arbeidsstasjon for det fjerde trinnet med kutting og avgrading for å sikre arbeidsstykkets dimensjonale nøyaktighet. Denne prosessen kan også betjenes på CNC.

5. Rengjøring

Det femte trinnet er å utføre rensing av tørris på rengjøringsstasjonen for å fjerne utløsermiddelet, noe som er praktisk for den etterfølgende limbeleggprosessen.

6. Lim

Det sjette trinnet er å bruke strukturelt lim på limrobotstasjonen. Limposisjonen, limhastigheten og limutgangen er alle nøyaktig justert. En del av forbindelsen med metalldelene er naglet, som utføres på naglestasjonen.

7. Monteringsinspeksjon

Etter at limet er påført, monteres de indre og ytre panelene. Etter at limet er herdet, utføres deteksjon av blått lys for å sikre dimensjonsnøyaktigheten til nøkkelhull, punkter, linjer og overflater.

Karbonfiber er vanskeligere å behandle

Karbonfiber har både den sterke strekkfastheten til karbonmaterialer og myk prosessbarhet av fibre. Karbonfiber er et nytt materiale med gode mekaniske egenskaper.

Styrken til karbonfiber CFRP er betydelig høyere enn for glassfiber GFRP 

Ta karbonfiber og vårt vanlige stål som et eksempel, sammenlign disse to bildene, styrken av karbonfiber er rundt 400 til 800 MPa, mens styrken på vanlig stål er 200 til 500 MPa. Ser på seighet, karbonfiber og stål er i utgangspunktet like, og det er ingen åpenbar forskjell.

Karbonfiber har høyere styrke og lettere vekt, slik at karbonfiber kan kalles kongen av nye materialer. På grunn av denne fordelen, under behandling av karbonfiberforsterkede kompositter (CFRP), har matrisen og fibrene komplekse interne interaksjoner, noe som gjør deres fysiske egenskaper forskjellige fra metallenes. Tettheten av CFRP er mye mindre enn for metaller, mens styrken er større enn de fleste metaller. På grunn av inhomogeneity av CFRP, fiber pull-out eller matrise fiber løsrivelse oppstår ofte under behandling; CFRP har høy varmebestandighet og slitestyrke, noe som gjør det mer krevende på utstyr under prosessering, så En stor mengde skjærevarme genereres i produksjonsprosessen, noe som er mer alvorlig for slitasje på utstyret.

Samtidig, med den kontinuerlige utvidelsen av sine applikasjonsfelt, blir kravene mer og mer delikate, og kravene til anvendbarhet av materialer og kvalitetskravene til CFRP blir stadig strengere, noe som også fører til at behandlingskostnadene øker.

Behandling av karbonfiberplater

Etter at karbonfiberplaten er herdet og dannet, er etterbehandling som kutting og boring nødvendig for presisjonskrav eller monteringsbehov. Under de samme forholdene for kutting av prosessparametere, skjæredybde, etc., vil valg av verktøy og øvelser av forskjellige materialer, størrelser og former ha svært forskjellige effekter. Samtidig vil faktorer som styrke, retning, tid og temperatur på verktøy og øvelser også påvirke behandlingsresultatene.

I etterbehandlingsprosessen, prøv å velge et skarpt verktøy med diamantbelegg og et solid karbidbor. Verktøyets slitestyrke og selve boret bestemmer kvaliteten på behandlingen og verktøyets levetid. Hvis verktøyet og boret ikke er skarpe nok eller brukes feil, vil det ikke bare akselerere slitasje, øke behandlingskostnadene for produktet, men også forårsake skade på platen, som påvirker formen og størrelsen på platen og stabiliteten til dimensjonene til hullene og sporene på platen. Forårsaker lagdelt riving av materialet, eller til og med blokkkollaps, noe som resulterer i skraping av hele brettet.

Når du borer karbonfiberplater, jo raskere hastigheten, jo bedre effekt. Ved valg av borekroner er den unike borespissdesignen til PCD8 ansiktskantboret mer egnet for karbonfiberplater, noe som bedre kan trenge inn i karbonfiberplater og redusere risikoen for delaminering.

Ved kutting av tykke karbonfiberplater anbefales det å bruke en dobbeltkantet kompresjonsfreser med venstre og høyre spiralformet kantdesign. Denne skarpe skjærekanten har både øvre og nedre skjærende spiralformede spisser, som balanserer verktøyets aksiale kraft opp og ned under kutting. , for å sikre at den resulterende skjærekraften er rettet mot innsiden av materialet, for å oppnå stabile skjæreforhold og undertrykke forekomsten av materialdelaminering. Utformingen av de øvre og nedre diamantformede kantene på "Pineapple Edge" -ruteren kan også effektivt kutte karbonfiberplater. Den dype sponfløyten kan ta bort en stor mengde skjærevarme gjennom utslipp av sjetonger under kutteprosessen, for å unngå skade på karbonfiberen. arkegenskaper.