Từ sợi đến sản phẩm - Hiểu biết sâu sắc về sợi carbon

Làm quen với sợi carbon trước tiên

Sợi carbon là vật liệu sợi có hàm lượng carbon hơn 95%. Nó có các đặc tính cơ học, hóa học, điện và các đặc tính tuyệt vời khác. Nó là “vua vật liệu mới” và là vật liệu chiến lược không thể thiếu trong phát triển quân và dân. Được gọi là "Vàng đen".

Cô ấy, được gọi là vật chất cao quý

Rất nhiều tiền, một inch vàng

Cô là vũ khí của tiệc đua drag và là "con ngựa đen" trong ngành vật liệu

cô ấy là sợi carbon

Những gì mọi người nhìn thấy là dây chuyền sản xuất sợi carbon

nghiên cứu và phát triển hoàn toàn độc lập của đất nước tôi đối với dây chuyền sản xuất sợi carbon 100- tấn T1000

sợi carbon mảnh

Nó được làm như thế nào?

Công nghệ quy trình sản xuất sợi carbon đã phát triển cho đến nay và đã trưởng thành. Với sự phát triển không ngừng của vật liệu composite sợi carbon ngày càng được mọi tầng lớp xã hội ưa chuộng, đặc biệt là sự phát triển mạnh mẽ của ngành hàng không, ô tô, đường sắt, cánh quạt phong điện,… và vai trò thúc đẩy của nó, sự phát triển của ngành sợi carbon . Triển vọng thậm chí còn rộng hơn.

Chuỗi công nghiệp sợi carbon có thể được chia thành thượng nguồn và hạ nguồn. Thượng nguồn thường đề cập đến việc sản xuất các vật liệu đặc biệt bằng sợi carbon; hạ nguồn thường đề cập đến việc sản xuất các thành phần ứng dụng sợi carbon. Các công ty ở giữa thượng nguồn và hạ nguồn có thể coi họ là nhà cung cấp thiết bị trong quy trình sản xuất sợi carbon. Như trong hình:

Ở thượng nguồn của dây chuyền công nghiệp sợi carbon, toàn bộ quá trình từ tơ thô thành sợi carbon cần phải trải qua lò oxy hóa, lò carbon hóa, lò graphit hóa, xử lý bề mặt, định cỡ và các quá trình khác. Cấu trúc sợi chiếm ưu thế bởi sợi carbon.

Phần thượng nguồn của chuỗi công nghiệp sợi carbon thuộc ngành công nghiệp hóa dầu, chủ yếu thu được acrylonitril thông qua quá trình lọc dầu thô, crackinh, oxy hóa amoniac và các quá trình khác; Các doanh nghiệp sợi carbon tạo ra polyacrylonitrile bằng cách trùng hợp các nguyên liệu thô chủ yếu bao gồm acrylonitrile, và sau đó kéo sợi để thu được polyacrylonitril. Sợi tiền chất polyacrylonitrile, sợi carbon thu được bằng cách oxy hóa trước và carbon hóa sợi tiền thân, và vật liệu composite sợi carbon thu được bằng cách xử lý sợi carbon và nhựa chất lượng cao để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng.

Quá trình sản xuất sợi carbon chủ yếu bao gồm: kéo, vẽ, ổn định hóa, cacbon hóa và graphit hóa. Như trong hình:

Vẽ: Đây là bước đầu tiên trong quy trình sản xuất sợi carbon. Nó chủ yếu phân tách các nguyên liệu thô thành sợi, đây là một sự thay đổi vật lý. Trong quá trình này, sự truyền khối lượng và truyền nhiệt giữa chất lỏng kéo sợi và chất lỏng đông tụ, và cuối cùng là kết tủa PAN. Các sợi tạo thành cấu trúc gel.

Drafting: yêu cầu nhiệt độ từ 100 đến 300 độ để hoạt động kết hợp với tác động kéo căng của các sợi định hướng. Nó cũng là một bước quan trọng trong mô đun cao, tăng cường cao, cô đặc và tinh chế của sợi PAN.

Tính ổn định: Chuỗi đại phân tử mạch thẳng PAN nhiệt dẻo được biến đổi thành cấu trúc hình thang chịu nhiệt không dẻo bằng phương pháp nung nóng và oxy hóa ở 400 độ, do đó nó không nóng chảy và không cháy ở nhiệt độ cao, duy trì hình dạng sợi , và nhiệt động lực học ở trạng thái ổn định.

Cacbon hóa: Cần phải loại bỏ các nguyên tố không phải cacbon trong PAN ở nhiệt độ từ 1, 000 đến 2, 000 độ, và cuối cùng tạo ra sợi cacbon có cấu trúc graphit bậc hai với hàm lượng cacbon là hơn 90 phần trăm.

Graphiti hóa: Nó yêu cầu nhiệt độ từ 2, 000 đến 3, 000 độ để chuyển đổi các vật liệu cacbon hóa vô định hình và vô định hình thành các cấu trúc graphit ba chiều, đây là biện pháp kỹ thuật chính để cải thiện mô đun của sợi cacbon .

Quy trình chi tiết của sợi carbon từ quá trình sản xuất tơ thô cho đến thành phẩm là Tơ thô PAN được tạo ra từ quy trình sản xuất tơ thô trước đó. Sau khi kéo sơ bộ bằng nhiệt ướt của bộ cấp dây, nó được máy kéo tuần tự chuyển sang lò oxy hóa sơ bộ. Sau khi được nung ở các nhiệt độ gradient khác nhau trong nhóm lò ôxy hóa trước, các sợi ôxy hóa được hình thành, tức là các sợi ôxy hóa trước; các sợi trước khi oxy hóa được tạo thành sợi carbon sau khi đi qua các lò nung carbon hóa nhiệt độ trung bình và nhiệt độ cao; các sợi carbon sau đó được xử lý bề mặt cuối cùng, định cỡ, làm khô và các quá trình khác để thu được các sản phẩm sợi carbon. . Toàn bộ quá trình cấp dây liên tục và kiểm soát chính xác, một vấn đề nhỏ trong bất kỳ quá trình nào sẽ ảnh hưởng đến sản xuất ổn định và chất lượng của sản phẩm sợi carbon cuối cùng. Sản xuất sợi carbon có quy trình dài, nhiều điểm mấu chốt kỹ thuật và các rào cản sản xuất cao. Nó là sự tích hợp của nhiều lĩnh vực và công nghệ.

Trên đây là cách chế tạo sợi carbon, chúng ta hãy cùng xem sợi carbon được sử dụng như thế nào nhé!

Chế biến các sản phẩm từ sợi carbon

1. Cắt

Prereg được lấy ra từ kho lạnh ở nhiệt độ âm 18 độ. Sau khi thức, bước đầu tiên là cắt chính xác vật liệu theo sơ đồ vật liệu trên máy cắt tự động.

2. Lát

Bước thứ hai là đặt lớp phủ sẵn trên dụng cụ đặt và xếp các lớp khác nhau theo yêu cầu thiết kế. Tất cả các quá trình được thực hiện dưới định vị laser.

3. Hình thành

Thông qua một robot xử lý tự động, phôi được gửi đến máy đúc để ép nén.

4. Cắt

Sau khi tạo hình, phôi được gửi đến trạm làm việc của rô bốt cắt để thực hiện bước cắt và mài vụn thứ tư để đảm bảo độ chính xác về kích thước của phôi. Quá trình này cũng có thể được vận hành trên CNC.

5. Làm sạch

Bước thứ 5 là thực hiện vệ sinh đá khô tại trạm làm sạch để loại bỏ chất giải phóng, thuận lợi cho quá trình phủ keo sau này.

6. Keo

Bước thứ sáu là bôi keo kết cấu tại trạm robot dán. Vị trí dán, tốc độ keo và lượng keo ra đều được điều chỉnh chính xác. Phần kết nối với các bộ phận kim loại được tán đinh, được thực hiện tại trạm tán đinh.

7. Kiểm tra lắp ráp

Sau khi dán keo, các tấm bên trong và bên ngoài được lắp ráp. Sau khi keo được đóng rắn, phát hiện ánh sáng xanh được thực hiện để đảm bảo độ chính xác về kích thước của các lỗ, điểm, đường và bề mặt chính.

Sợi carbon khó xử lý hơn

Sợi carbon có cả độ bền kéo mạnh của vật liệu carbon và khả năng xử lý mềm của sợi. Sợi carbon là một vật liệu mới có tính chất cơ học tuyệt vời.

Độ bền của sợi carbon CFRP cao hơn đáng kể so với sợi thủy tinh GFRP 

Lấy sợi carbon và thép thông thường của chúng ta làm ví dụ, so sánh hai bức ảnh này, độ bền của sợi carbon vào khoảng 400 đến 800 MPa, trong khi độ bền của thép thông thường là 200 đến 500 MPa. Nhìn về độ bền, sợi carbon và thép về cơ bản tương tự nhau, và không có sự khác biệt rõ ràng.

Sợi carbon có độ bền cao hơn và trọng lượng nhẹ hơn, vì vậy sợi carbon có thể được gọi là vua của các vật liệu mới. Do ưu điểm này, trong quá trình xử lý vật liệu tổng hợp gia cường sợi carbon (CFRP), ma trận và sợi có tương tác nội bộ phức tạp, làm cho các tính chất vật lý của chúng khác với kim loại. Mật độ của CFRP nhỏ hơn nhiều so với các kim loại, trong khi độ bền lớn hơn Hầu hết các kim loại. Do tính không đồng nhất của CFRP, hiện tượng kéo sợi ra hoặc tách sợi ma trận thường xảy ra trong quá trình xử lý; CFRP có khả năng chịu nhiệt và chống mài mòn cao, điều này làm cho thiết bị yêu cầu cao hơn trong quá trình gia công, do đó, một lượng lớn nhiệt cắt được tạo ra trong quá trình sản xuất, điều này làm cho thiết bị bị mài mòn nghiêm trọng hơn.

Đồng thời, với việc mở rộng liên tục các lĩnh vực ứng dụng của nó, các yêu cầu ngày càng trở nên tinh vi hơn, và các yêu cầu về khả năng ứng dụng của vật liệu và yêu cầu chất lượng đối với CFRP ngày càng trở nên nghiêm ngặt hơn, điều này cũng gây ra chi phí xử lý tăng lên.

Xử lý bảng sợi carbon

Sau khi ván sợi carbon được bảo dưỡng và hình thành, cần xử lý sau như cắt và khoan cho các yêu cầu chính xác hoặc nhu cầu lắp ráp. Trong các điều kiện như nhau về các thông số quá trình cắt, chiều sâu cắt,… việc chọn dụng cụ và mũi khoan bằng vật liệu, kích thước và hình dạng khác nhau sẽ có tác dụng rất khác nhau. Đồng thời, các yếu tố như cường độ, hướng, thời gian và nhiệt độ của dụng cụ và mũi khoan cũng sẽ ảnh hưởng đến kết quả xử lý.

Trong quá trình xử lý sau, cố gắng chọn một công cụ sắc bén có lớp phủ kim cương và một mũi khoan cacbua rắn. Khả năng chống mài mòn của dụng cụ và bản thân của mũi khoan quyết định chất lượng gia công và tuổi thọ của dụng cụ. Nếu dụng cụ và mũi khoan không đủ sắc hoặc sử dụng không đúng cách, không chỉ làm tăng tốc độ hao mòn, tăng chi phí gia công sản phẩm mà còn gây hư hỏng tấm, ảnh hưởng đến hình dạng và kích thước của tấm và sự ổn định về kích thước của các lỗ và rãnh trên tấm. Gây ra rách nhiều lớp của vật liệu, hoặc thậm chí sụp đổ khối, dẫn đến việc toàn bộ bảng bị trầy xước.

Khi khoan các tấm sợi carbon, tốc độ càng nhanh thì hiệu quả càng tốt. Trong việc lựa chọn mũi khoan, thiết kế mũi khoan độc đáo của mũi khoan cạnh mặt PCD8 phù hợp hơn với các tấm sợi carbon, có thể xuyên qua các tấm sợi carbon tốt hơn và giảm nguy cơ tách lớp

Khi cắt các tấm sợi carbon dày, nên sử dụng dao phay nén hai lưỡi có thiết kế cạnh xoắn trái và phải. Lưỡi cắt sắc bén này có cả đầu cắt xoắn ốc trên và dưới, giúp cân bằng lực dọc trục của dụng cụ lên và xuống trong quá trình cắt. , để đảm bảo rằng lực cắt kết quả được hướng vào mặt trong của vật liệu, để có được điều kiện cắt ổn định và ngăn chặn sự xuất hiện của sự tách lớp vật liệu. Thiết kế các cạnh hình kim cương trên và dưới của bộ định tuyến "Pineapple Edge" cũng có thể cắt các tấm sợi carbon một cách hiệu quả. Sáo phoi sâu của nó có thể lấy đi một lượng lớn nhiệt cắt thông qua việc phóng phoi trong quá trình cắt, để tránh làm hỏng sợi carbon. thuộc tính trang tính.