Oglekļa šķiedra ir šķiedru materiāls ar oglekļa saturu vairāk nekā 95%. Tam piemīt izcilas mehāniskās, ķīmiskās, elektriskās un citas izcilas īpašības. Tas ir “jauno materiālu karalis” un stratēģisks materiāls, kura trūkst militārajā un civilajā attīstībā. Pazīstams kā “melnais zelts”.
Oglekļa šķiedras ražošanas līnija ir šāda:
Kā tiek izgatavota tievā oglekļa šķiedra?
Oglekļa šķiedras ražošanas procesa tehnoloģija līdz šim ir attīstījusies un nobriedusi. Līdz ar nepārtrauktu oglekļa šķiedras kompozītmateriālu attīstību tā kļūst arvien populārāka visās dzīves jomās, īpaši pateicoties spēcīgajai aviācijas, automobiļu, dzelzceļa, vēja enerģijas asmeņu u.c. izaugsmei un tās virzītājspēkam, kas veicina oglekļa šķiedras nozares attīstību. Perspektīvas ir vēl plašākas.
Oglekļa šķiedras rūpniecības ķēdi var iedalīt augšupējā un lejupējā posmā. Augšupvērstais posms parasti attiecas uz oglekļa šķiedrai specifisku materiālu ražošanu; lejupējais posms parasti attiecas uz oglekļa šķiedras lietojumprogrammu komponentu ražošanu. Uzņēmumi, kas atrodas starp augšupējo un lejupējo posmu, var tikt uzskatīti par iekārtu piegādātājiem oglekļa šķiedras ražošanas procesā. Kā parādīts attēlā:
Visam procesam no neapstrādāta zīda līdz oglekļa šķiedrai oglekļa šķiedras rūpniecības ķēdes augšpusē ir jāiziet cauri tādiem procesiem kā oksidācijas krāsnis, karbonizācijas krāsnis, grafitizācijas krāsnis, virsmas apstrāde un izmēru noteikšana. Šķiedru struktūrā dominē oglekļa šķiedra.
Oglekļa šķiedras rūpniecības ķēdes augštece pieder naftas ķīmijas rūpniecībai, un akrilnitrilu galvenokārt iegūst, pārstrādājot jēlnaftu, plaisājot, oksidējot amonjaku utt.; poliakrilnitrila prekursora šķiedra, oglekļa šķiedra tiek iegūta, iepriekš oksidējot un karbonizējot prekursora šķiedru, un oglekļa šķiedras kompozītmateriāls tiek iegūts, apstrādājot oglekļa šķiedru un augstas kvalitātes sveķus, lai atbilstu pielietojuma prasībām.
Oglekļa šķiedras ražošanas process galvenokārt ietver vilkšanu, rasēšanu, stabilizāciju, karbonizāciju un grafitizāciju. Kā parādīts attēlā:
Zīmējums:Šis ir pirmais solis oglekļa šķiedras ražošanas procesā. Tas galvenokārt atdala izejvielas šķiedrās, kas ir fiziskas izmaiņas. Šī procesa laikā notiek masas pārnešana un siltuma pārnešana starp vērpšanas šķidrumu un koagulācijas šķidrumu un visbeidzot PAN nogulsnēšanās. Filamenti veido želejveida struktūru.
Rasēšana:Lai darbotos kopā ar orientēto šķiedru stiepšanās efektu, nepieciešama 100–300 grādu temperatūra. Tas ir arī galvenais solis PAN šķiedru augsta moduļa, augstas pastiprināšanas, blīvēšanas un rafinēšanas procesā.
Stabilitāte:Termoplastiskā PAN lineārā makromolekulārā ķēde ar karsēšanas un oksidēšanas metodi 400 grādos tiek pārveidota par neplastisku karstumizturīgu trapecveida struktūru, lai tā augstā temperatūrā nekūstu un nedegtu, saglabājot šķiedras formu un termodinamika būtu stabilā stāvoklī.
Karbonizācija:PAN ir nepieciešams izdzīt neoglekļa elementus 1000 līdz 2000 grādu temperatūrā un visbeidzot ģenerēt oglekļa šķiedras ar turbostratisku grafīta struktūru, kurā oglekļa saturs pārsniedz 90%.
Grafitizācija: Lai amorfus un turbostratisku karbonizētus materiālus pārveidotu trīsdimensiju grafīta struktūrās, nepieciešama 2000–3000 grādu temperatūra, kas ir galvenais tehniskais pasākums oglekļa šķiedru moduļa uzlabošanai.
Detalizēts oglekļa šķiedras process no jēlzīda ražošanas procesa līdz gatavajam produktam ir tāds, ka PAN jēlzīda ražošanai tiek izmantota iepriekšējā jēlzīda ražošanas metode. Pēc iepriekšējas stiepšanas ar stieples padeves ierīces mitro karstumu to secīgi pārvieto uz preoksidācijas krāsni ar stieples padeves iekārtas palīdzību. Pēc cepšanas dažādās gradientu temperatūrās preoksidācijas krāsns grupā veidojas oksidētas šķiedras, t. i., preoksidētas šķiedras; preoksidētās šķiedras pēc iziešanas caur vidējas temperatūras un augstas temperatūras karbonizācijas krāsnīm tiek veidotas par oglekļa šķiedrām; pēc tam oglekļa šķiedras tiek pakļautas galīgajai virsmas apstrādei, izmēru noteikšanai, žāvēšanai un citiem procesiem, lai iegūtu oglekļa šķiedras produktus. Viss nepārtrauktas stieples padeves un precīzas kontroles process, neliela problēma jebkurā procesā ietekmēs stabilu ražošanu un gatavā oglekļa šķiedras produkta kvalitāti. Oglekļa šķiedras ražošanai ir ilgs procesa process, daudzi tehniski svarīgi punkti un augstas ražošanas barjeras. Tā ir vairāku disciplīnu un tehnoloģiju integrācija.
Iepriekš minētais ir oglekļa šķiedras ražošana, aplūkosim, kā tiek izmantots oglekļa šķiedras audums!
Oglekļa šķiedras auduma izstrādājumu apstrāde
1. Griešana
Prepregs tiek izņemts no aukstuma noliktavas mīnus 18 grādu temperatūrā. Pēc pamošanās pirmais solis ir precīzi sagriezt materiālu saskaņā ar materiāla diagrammu automātiskajā griešanas iekārtā.
2. Bruģēšana
Otrais solis ir preprega uzklāšana uz ieklāšanas instrumenta un dažādu slāņu uzklāšana atbilstoši konstrukcijas prasībām. Visi procesi tiek veikti lāzera pozicionēšanas režīmā.
3. Veidošana
Izmantojot automatizētu apstrādes robotu, sagatave tiek nosūtīta uz formēšanas mašīnu kompresijas formēšanai.
4. Griešana
Pēc formēšanas sagatave tiek nosūtīta uz griešanas robota darbstaciju ceturtajam griešanas un noņemšanas posmam, lai nodrošinātu sagataves izmēru precizitāti. Šo procesu var veikt arī ar CNC.
5. Tīrīšana
Piektais solis ir sausā ledus tīrīšana tīrīšanas stacijā, lai noņemtu atbrīvošanas līdzekli, kas ir ērti turpmākajam līmes pārklāšanas procesam.
6. Līme
Sestais solis ir strukturālās līmes uzklāšana līmēšanas robota stacijā. Līmēšanas pozīcija, līmes ātrums un līmes padeve tiek precīzi noregulēti. Daļa savienojuma ar metāla detaļām tiek kniedēta, ko veic kniedēšanas stacijā.
7. Montāžas pārbaude
Pēc līmes uzklāšanas tiek salikti iekšējie un ārējie paneļi. Pēc līmes sacietēšanas tiek veikta zilās gaismas noteikšana, lai nodrošinātu atslēgas caurumu, punktu, līniju un virsmu izmēru precizitāti.
Oglekļa šķiedru ir grūtāk apstrādāt
Oglekļa šķiedrai piemīt gan oglekļa materiālu spēcīgā stiepes izturība, gan šķiedru mīkstā apstrādājamība. Oglekļa šķiedra ir jauns materiāls ar izcilām mehāniskām īpašībām. Piemēram, oglekļa šķiedras un mūsu parastā tērauda izturība ir aptuveni 400–800 MPa, savukārt parastā tērauda izturība ir 200–500 MPa. Runājot par izturību, oglekļa šķiedra un tērauds būtībā ir līdzīgi, un nav acīmredzamas atšķirības.
Oglekļa šķiedrai ir lielāka izturība un vieglāks svars, tāpēc to var saukt par jauno materiālu karali. Šīs priekšrocības dēļ ar oglekļa šķiedru pastiprinātu kompozītmateriālu (CFRP) apstrādes laikā matricai un šķiedrām ir sarežģītas iekšējās mijiedarbības, kas atšķir to fizikālās īpašības no metālu īpašībām. CFRP blīvums ir daudz mazāks nekā metāliem, bet izturība ir lielāka nekā lielākajai daļai metālu. CFRP nehomogenitātes dēļ apstrādes laikā bieži notiek šķiedru izraušana vai matricas šķiedru 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.
Vienlaikus, nepārtraukti paplašinoties tā pielietojuma laukiem, prasības kļūst arvien delikātākas, un materiālu pielietojamības prasības un CFRP kvalitātes prasības kļūst arvien stingrākas, kas arī izraisa apstrādes izmaksu pieaugumu.
Oglekļa šķiedras plātnes apstrāde
Pēc oglekļa šķiedras plātnes sacietēšanas un formēšanas ir nepieciešama pēcapstrāde, piemēram, griešana un urbšana, lai nodrošinātu precizitātes prasības vai montāžas vajadzības. Tādos pašos apstākļos kā griešanas procesa parametri un griešanas dziļums, dažādu materiālu, izmēru un formu instrumentu un urbju izvēlei būs ļoti atšķirīga ietekme. Tajā pašā laikā apstrādes rezultātus ietekmēs arī tādi faktori kā instrumentu un urbju izturība, virziens, laiks un temperatūra.
Pēcapstrādes procesā centieties izvēlēties asu instrumentu ar dimanta pārklājumu un cietmetāla 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 un palielinās izstrādājuma apstrādes izmaksas, bet arī sabojās plāksni, ietekmējot plāksnes formu un izmēru, kā arī plāksnes caurumu un rievu izmēru stabilitāti. Tas var izraisīt materiāla slāņveida plīsumus vai pat bloka sabrukšanu, kā rezultātā visa plāksne var tikt sagrauta.
Urbšanas laikāoglekļa šķiedras loksnes, jo lielāks ātrums, jo labāks efekts. Urbja uzgaļu izvēlē PCD8 virsmas malas urbja uzgaļa unikālais urbja uzgaļa dizains ir piemērotāks oglekļa šķiedras loksnēm, kas var labāk iekļūt oglekļa šķiedras loksnēs un samazināt delaminācijas risku.
Griežot biezas oglekļa šķiedras loksnes, ieteicams izmantot divpusēju kompresijas frēzi ar kreiso un labo spirālveida malu dizainu. Šai asajai griešanas malai ir gan augšējie, gan apakšējie spirālveida gali, lai griešanas laikā līdzsvarotu instrumenta aksiālo spēku uz augšu un uz leju, nodrošinot, ka iegūtais griešanas spēks ir vērsts uz materiāla iekšpusi, lai iegūtu stabilus griešanas apstākļus un novērstu materiāla delaminācijas rašanos. Frēzes "Pineapple Edge" augšējās un apakšējās rombveida malas dizains var efektīvi griezt arī oglekļa šķiedras loksnes. Tās dziļā skaidu rieva griešanas procesā var noņemt daudz griešanas siltuma, izvadot skaidas, lai izvairītos no oglekļa šķiedras loksnes īpašību bojājumiem.
01 Nepārtraukta garā šķiedra
Produkta īpašības:Visizplatītākā oglekļa šķiedras ražotāju produkta forma, saišķis, kas sastāv no tūkstošiem monofilamentu, kas tiek iedalīti trīs veidos atbilstoši savīšanas metodei: NT (nekad savīti, negrūti), UT (negrūti, negrūti), TT vai ST (savīti, twisted), no kuriem NT ir visbiežāk izmantotā oglekļa šķiedra.
Galvenais pielietojums:Galvenokārt izmanto kompozītmateriāliem, piemēram, CFRP, CFRTP vai C/C kompozītmateriāliem, un pielietojuma jomas ietver lidmašīnu/kosmosa aprīkojumu, sporta preces un rūpniecisko iekārtu detaļas.
02 Štāpeļšķiedras dzija
Produkta īpašības:īsšķiedras dzija īsiem, no īsām oglekļa šķiedrām vērptiem pavedieniem, piemēram, vispārējas nozīmes darvas bāzes oglekļa šķiedrām, parasti ir produkti īsu šķiedru veidā.
Galvenie lietošanas veidi:siltumizolācijas materiāli, pretberzes materiāli, C/C kompozītmateriālu detaļas utt.
03 Oglekļa šķiedras audums
Produkta īpašības:Tas ir izgatavots no nepārtrauktas oglekļa šķiedras vai oglekļa šķiedras vērptas dzijas. Saskaņā ar aušanas metodi oglekļa šķiedras audumus var iedalīt austos audumos, trikotāžas audumos un neaustos audumos. Pašlaik oglekļa šķiedras audumi parasti ir austi audumi.
Galvenais pielietojums:Tāpat kā nepārtrauktā oglekļa šķiedra, galvenokārt tiek izmantota kompozītmateriālos, piemēram, CFRP, CFRTP vai C/C kompozītmateriālos, un pielietojuma jomas ietver lidmašīnu/kosmosa aprīkojumu, sporta preces un rūpniecisko iekārtu detaļas.
04 Oglekļa šķiedras pītā josta
Produkta īpašības:Tas pieder pie oglekļa šķiedras auduma veida, kas arī ir austs no nepārtrauktas oglekļa šķiedras vai oglekļa šķiedras vērptas dzijas.
Galvenais lietojums:Galvenokārt izmanto sveķu bāzes armatūras materiāliem, īpaši cauruļveida izstrādājumu ražošanai un apstrādei.
05 Sasmalcināta oglekļa šķiedra
