No šķiedras līdz produktam — dziļa izpratne par oglekļa šķiedru

Vispirms iepazīstieties ar oglekļa šķiedru

Oglekļa šķiedra ir šķiedras materiāls ar oglekļa saturu vairāk nekā 95 procenti. Tam ir lieliskas mehāniskās, ķīmiskās, elektriskās un citas lieliskas īpašības. Tas ir "jauno materiālu karalis" un stratēģisks materiāls, kura trūkst militārajā un civilajā attīstībā. Pazīstams kā "melnais zelts".

Viņa, pazīstama kā cēls materiāls

Daudz naudas, zelta colla

Viņa ir dragreisa partijas ierocis un materiālās industrijas "tumšais zirdziņš".

viņa ir oglekļa šķiedra

Tas, ko visi redz, ir oglekļa šķiedras ražošanas līnija

manas valsts pilnīgi neatkarīga 100-tonnas T1000 oglekļa šķiedras ražošanas līnijas izpēte un izstrāde

slaida oglekļa šķiedra

Kā tas ir izgatavots?

Oglekļa šķiedras ražošanas procesa tehnoloģija ir attīstījusies līdz šim un ir nobriedusi. Pastāvīgi attīstot oglekļa šķiedras kompozītmateriālus, to arvien vairāk atbalsta visas dzīves jomas, jo īpaši aviācijas, automobiļu, dzelzceļa, vēja enerģijas lāpstiņu uc straujais pieaugums un tā virzītājspēks, oglekļa šķiedras nozares attīstība. . Izredzes ir vēl plašākas.

Oglekļa šķiedras rūpniecības ķēdi var iedalīt augšup un lejup. Uz augšu parasti attiecas uz oglekļa šķiedrai raksturīgu materiālu ražošanu; lejpus parasti attiecas uz oglekļa šķiedras lietojuma komponentu ražošanu. Uzņēmumi, kas atrodas starp augšup un lejup, var uzskatīt tos par aprīkojuma piegādātājiem oglekļa šķiedras ražošanas procesā. Kā parādīts attēlā:

Oglekļa šķiedras ražošanas ķēdes augšpusē visam procesam no neapstrādāta zīda līdz oglekļa šķiedrai ir jānotiek caur oksidēšanas krāsni, karbonizācijas krāsni, grafitizācijas krāsni, virsmas apstrādi, lielumu un citiem procesiem. Šķiedru struktūrā dominē oglekļa šķiedra.

Oglekļa šķiedras rūpniecības ķēdes augšpuse pieder naftas ķīmijas rūpniecībai, kas galvenokārt iegūst akrilnitrilu jēlnaftas rafinēšanas, krekinga, amonjaka oksidācijas un citos procesos; oglekļa šķiedras uzņēmumi ražo poliakrilnitrilu, polimerizējot izejvielas, kas galvenokārt sastāv no akrilnitrila, un pēc tam to griež, lai iegūtu poliakrilonitrilu. Poliakrilnitrila prekursora šķiedra, oglekļa šķiedra tiek iegūta, iepriekš oksidējot un karbonizējot prekursora šķiedru, un oglekļa šķiedras kompozītmateriālu iegūst, apstrādājot oglekļa šķiedru un augstas kvalitātes sveķus, lai tie atbilstu lietošanas prasībām.

Oglekļa šķiedras ražošanas procesā galvenokārt ietilpst: vilkšana, vilkšana, stabilizācija, karbonizācija un grafitizācija. Kā parādīts attēlā:

Zīmējums: Šis ir pirmais solis oglekļa šķiedras ražošanas procesā. Tas galvenokārt sadala izejvielas šķiedrās, kas ir fiziskas izmaiņas. Šī procesa laikā notiek masas un siltuma pārnese starp vērpšanas šķidrumu un koagulācijas šķidrumu un visbeidzot PAN nokrišņi. Filamenti, kas veido gēla struktūru.

Draftēšana: nepieciešama 100 līdz 300 grādu temperatūra, lai darbotos kopā ar orientētu šķiedru stiepšanas efektu. Tas ir arī galvenais solis PAN šķiedru augstā modulī, augstajā pastiprināšanā, blīvēšanā un uzlabošanā.

Stabilitāte: termoplastiskā PAN lineārā makromolekulārā ķēde tiek pārveidota par neplastmasu karstumizturīgu trapecveida struktūru ar karsēšanas un oksidēšanas metodi 400 grādos, lai tā nekūst un neuzliesmo augstā temperatūrā, saglabājot šķiedras formu. , un termodinamika ir stabilā stāvoklī.

Karbonizācija: PAN ir jāizvada bezoglekļa elementi temperatūrā no 1,000 līdz 2,000 grādiem un visbeidzot jāģenerē oglekļa šķiedras ar turbostratisku grafīta struktūru ar oglekļa saturu vairāk nekā 90 procenti.

Grafitizācija: nepieciešama temperatūra no 2,000 līdz 3,000 grādiem, lai amorfos un turbostratiskos karbonizētos materiālus pārvērstu trīsdimensiju grafīta struktūrās, kas ir galvenais tehniskais pasākums oglekļa šķiedru moduļa uzlabošanai. .

Detalizēts oglekļa šķiedras process no jēlzīda ražošanas procesa līdz gatavam produktam ir tāds, ka PAN jēlzīds tiek ražots iepriekšējā jēlzīda ražošanas procesā. Pēc iepriekšējas vilkšanas ar stieples padevēja mitro siltumu, vilkšanas iekārta to secīgi pārnes uz pirmsoksidēšanas krāsni. Pēc cepšanas dažādās gradienta temperatūrās pirmsoksidācijas krāsns grupā veidojas oksidētas šķiedras, tas ir, iepriekš oksidētas šķiedras; iepriekš oksidētās šķiedras tiek veidotas oglekļa šķiedrās pēc izlaišanas caur vidējas un augstas temperatūras karbonizācijas krāsnīm; oglekļa šķiedras pēc tam tiek pakļautas galīgajai virsmas apstrādei, izmēra noteikšanai, žāvēšanai un citiem procesiem, lai iegūtu oglekļa šķiedras izstrādājumus. . Viss nepārtrauktas stieples padeves un precīzas kontroles process, neliela problēma jebkurā procesā ietekmēs stabilu ražošanu un gala oglekļa šķiedras produkta kvalitāti. Oglekļa šķiedras ražošanai ir ilga procesa plūsma, daudzi tehniski galvenie punkti un augsti ražošanas šķēršļi. Tā ir vairāku disciplīnu un tehnoloģiju integrācija.

Iepriekš minētais ir oglekļa šķiedras ražošana, apskatīsim, kā tiek izmantota oglekļa šķiedra!

Oglekļa šķiedras izstrādājumu apstrāde

1. Griešana

Prepreg tiek izņemts no saldētavas mīnus 18 grādu temperatūrā. Pēc pamošanās pirmais solis ir precīzi sagriezt materiālu saskaņā ar automātiskās griešanas mašīnas materiāla diagrammu.

2. Bruģēšana

Otrais solis ir iepriekšēja materiāla uzklāšana uz ieklāšanas instrumenta un dažādu slāņu ieklāšana atbilstoši dizaina prasībām. Visi procesi tiek veikti zem lāzera pozicionēšanas.

3. Veidošana

Izmantojot automatizētu apstrādes robotu, sagatave tiek nosūtīta uz formēšanas mašīnu presēšanas formēšanai.

4. Griešana

Pēc formēšanas sagatave tiek nosūtīta uz griešanas robota darbstaciju ceturtajam griešanas un atstarpju noņemšanas posmam, lai nodrošinātu sagataves izmēru precizitāti. Šo procesu var darbināt arī ar CNC.

5. Tīrīšana

Piektais solis ir tīrīšanas stacijā veikt tīrīšanu ar sauso ledu, lai noņemtu atbrīvošanas līdzekli, kas ir ērti turpmākajam līmes pārklāšanas procesam.

6. Līme

Sestais solis ir strukturālās līmes uzklāšana līmēšanas robotu stacijā. Līmēšanas pozīcija, līmes ātrums un līmes jauda ir precīzi noregulēta. Daļa savienojuma ar metāla daļām ir kniedēta, kas tiek veikta kniedēšanas stacijā.

7. Montāžas pārbaude

Pēc līmes uzklāšanas tiek samontēti iekšējie un ārējie paneļi. Pēc līmes sacietēšanas tiek veikta zilās gaismas noteikšana, lai nodrošinātu atslēgu caurumu, punktu, līniju un virsmu izmēru precizitāti.

Oglekļa šķiedru ir grūtāk apstrādāt

Oglekļa šķiedrai piemīt gan oglekļa materiālu stiprā stiepes izturība, gan šķiedru mīksta apstrādājamība. Oglekļa šķiedra ir jauns materiāls ar izcilām mehāniskām īpašībām.

Oglekļa šķiedras CFRP izturība ir ievērojami augstāka nekā stikla šķiedras GFRP 

Kā piemēru ņemiet oglekļa šķiedru un mūsu parasto tēraudu, salīdziniet šos divus attēlus, oglekļa šķiedras stiprums ir aptuveni 400 līdz 800 MPa, bet parastā tērauda stiprums ir 200 līdz 500 MPa. Aplūkojot stingrību, oglekļa šķiedra un tērauds būtībā ir līdzīgi, un nav acīmredzamas atšķirības.

Oglekļa šķiedrai ir lielāka izturība un vieglāks svars, tāpēc oglekļa šķiedru var saukt par jauno materiālu karali. Šīs priekšrocības dēļ, apstrādājot ar oglekļa šķiedru pastiprinātus kompozītmateriālus (CFRP), matricai un šķiedrām ir sarežģīta iekšējā mijiedarbība, tādējādi to fizikālās īpašības atšķiras no metālu fizikālajām īpašībām. CFRP blīvums ir daudz mazāks nekā metāliem, savukārt stiprība ir lielāka nekā lielākajai daļai metālu. CFRP neviendabīguma dēļ apstrādes laikā bieži notiek šķiedras izvilkšana vai matricas šķiedras atdalīšanās; CFRP ir augsta karstumizturība un nodilumizturība, kas padara to prasīgāku pret iekārtām apstrādes laikā, tāpēc ražošanas procesā rodas liels daudzums griešanas siltuma, kas ir nopietnāks iekārtu nodilumam.

Tajā pašā laikā, nepārtraukti paplašinoties tā pielietojuma jomām, prasības kļūst arvien delikātākas, un prasības attiecībā uz materiālu pielietojamību un kvalitātes prasības CFRP kļūst arvien stingrākas, kas arī rada apstrādes izmaksas. celties.

Oglekļa šķiedras plātņu apstrāde

Pēc tam, kad oglekļa šķiedras plātne ir sacietējusi un izveidota, ir nepieciešama pēcapstrāde, piemēram, griešana un urbšana, lai nodrošinātu precizitātes prasības vai montāžas vajadzības. Vienādos griešanas procesa parametru, griešanas dziļuma utt. apstākļos, izvēloties dažādu materiālu, izmēru un formu instrumentus un urbjus, būs ļoti dažādi efekti. Tajā pašā laikā tādi faktori kā instrumentu un urbju stiprums, virziens, laiks un temperatūra ietekmēs arī apstrādes rezultātus.

Pēcapstrādes procesā mēģiniet izvēlēties asu instrumentu ar dimanta pārklājumu un cieta karbīda urbi. Instrumenta un paša urbja nodilumizturība nosaka apstrādes kvalitāti un instrumenta kalpošanas laiku. Ja instruments un urbis nav pietiekami asi vai tiek izmantoti nepareizi, tas ne tikai paātrinās nodilumu, palielinās izstrādājuma apstrādes izmaksas, bet arī sabojās plāksni, ietekmējot plāksnes formu un izmēru, kā arī urbumu un rievu izmēru stabilitāte uz plāksnes. Izraisa materiāla slāņainu plīsumu vai pat bloka sabrukšanu, kā rezultātā tiek nodota visa plāksne.

Urbjot oglekļa šķiedras loksnes, jo lielāks ātrums, jo labāks efekts. Izvēloties urbja uzgaļus, unikālā PCD8 priekšējās malas urbja uzgaļa konstrukcija ir vairāk piemērota oglekļa šķiedras loksnēm, kas var labāk iekļūt oglekļa šķiedras loksnēs un samazināt atslāņošanās risku.

Griežot biezas oglekļa šķiedras loksnes, ieteicams izmantot abpusēju kompresijas frēzi ar kreiso un labo spirālveida malas dizainu. Šai asajai griešanas malai ir gan augšējie, gan apakšējie griešanas spirālveida gali, kas griešanas laikā līdzsvaro instrumenta aksiālo spēku uz augšu un uz leju. , lai nodrošinātu, ka iegūtais griešanas spēks tiek novirzīts uz materiāla iekšējo pusi, lai iegūtu stabilus griešanas apstākļus un novērstu materiāla atslāņošanos. Maršrutētāja "Pineapple Edge" augšējās un apakšējās rombveida malas dizains var arī efektīvi sagriezt oglekļa šķiedras loksnes. Tā dziļā šķeldas ripa var noņemt lielu daudzumu griešanas siltuma, izvadot skaidas griešanas procesā, lai izvairītos no oglekļa šķiedras bojājumiem. loksnes īpašības.