De la fibra al producto: comprensión profunda de la fibra de carbono
Conozca primero la fibra de carbono
La fibra de carbono es un material de fibra con un contenido de carbono de más del 95 por ciento. Tiene excelentes propiedades mecánicas, químicas, eléctricas y otras excelentes. Es el "rey de los nuevos materiales" y un material estratégico que falta en el desarrollo militar y civil. Conocido como "Oro Negro".
Ella, conocida como materia noble
Mucho dinero, una pulgada de oro
Ella es el arma de la fiesta de carreras de resistencia y el "caballo oscuro" en la industria material.
ella es de fibra de carbono
Lo que todos ven es la línea de producción de fibra de carbono.
La investigación y el desarrollo completamente independientes de mi país de la línea de producción de fibra de carbono 100-ton T1000
fibra de carbono delgada
¿Cómo se hace?
La tecnología del proceso de producción de fibra de carbono se ha desarrollado hasta ahora y ha madurado. Con el desarrollo continuo de los materiales compuestos de fibra de carbono, todos los ámbitos de la vida lo favorecen cada vez más, especialmente el fuerte crecimiento de la aviación, el automóvil, el ferrocarril, las palas de energía eólica, etc. y su papel impulsor, el desarrollo de la industria de la fibra de carbono. . Las perspectivas son aún más amplias.
La cadena de la industria de la fibra de carbono se puede dividir en upstream y downstream. Upstream generalmente se refiere a la producción de materiales específicos de fibra de carbono; aguas abajo generalmente se refiere a la producción de componentes de aplicación de fibra de carbono. Las empresas que se encuentran entre aguas arriba y aguas abajo pueden pensar en ellas como proveedores de equipos en el proceso de producción de fibra de carbono. Como se muestra en la figura:
En la parte superior de la cadena de la industria de la fibra de carbono, todo el proceso, desde la seda cruda hasta la fibra de carbono, debe pasar por un horno de oxidación, un horno de carbonización, un horno de grafitización, un tratamiento de superficie, un apresto y otros procesos. Estructura de fibra dominada por fibra de carbono.
El upstream de la cadena industrial de fibra de carbono pertenece a la industria petroquímica, que obtiene principalmente acrilonitrilo a través de la refinación de crudo, craqueo, oxidación de amoníaco y otros procesos; Las empresas de fibra de carbono generan poliacrilonitrilo mediante la polimerización de las materias primas compuestas principalmente de acrilonitrilo y luego lo centrifugan para obtener poliacrilonitrilo. La fibra precursora de poliacrilonitrilo, la fibra de carbono se obtiene preoxidando y carbonizando la fibra precursora, y el material compuesto de fibra de carbono se obtiene procesando la fibra de carbono y la resina de alta calidad para cumplir con los requisitos de la aplicación.
El proceso de producción de fibra de carbono incluye principalmente: trefilado, trefilado, estabilización, carbonización y grafitización. Como se muestra en la figura:
Trefilado: Este es el primer paso en el proceso de producción de fibra de carbono. Principalmente separa las materias primas en fibras, lo cual es un cambio físico. Durante este proceso, la transferencia de masa y la transferencia de calor entre el líquido de hilado y el líquido de coagulación, y finalmente la precipitación de PAN. Filamentos que forman una estructura de gel.
Redacción: requiere una temperatura de 100 a 300 grados para operar en conjunto con el efecto de estiramiento de las fibras orientadas. También es un paso clave en el alto módulo, alto refuerzo, densificación y refinamiento de las fibras PAN.
Estabilidad: la cadena macromolecular lineal PAN termoplástica se transforma en una estructura trapezoidal no plástica resistente al calor mediante el método de calentamiento y oxidación a 400 grados, de modo que no se derrite ni es inflamable a alta temperatura, manteniendo la forma de la fibra. , y la termodinámica está en un estado estable.
Carbonización: Es necesario expulsar los elementos que no son de carbono en PAN a una temperatura de 1,000 a 2,000 grados, y finalmente generar fibras de carbono con una estructura de grafito turboestrático con un contenido de carbono de más del 90 por ciento.
Grafitización: Requiere una temperatura de 2,000 a 3,000 grados para convertir materiales carbonizados amorfos y turboestráticos en estructuras tridimensionales de grafito, que es la principal medida técnica para mejorar el módulo de las fibras de carbono. .
El proceso detallado de la fibra de carbono desde el proceso de producción de seda cruda hasta el producto terminado es que la seda cruda PAN se produce mediante el proceso de producción de seda cruda anterior. Después del estirado previo por el calor húmedo del alimentador de alambre, la máquina trefiladora lo transfiere secuencialmente al horno de preoxidación. Después de ser horneado a diferentes gradientes de temperatura en el grupo de hornos de preoxidación, se forman fibras oxidadas, es decir, fibras preoxidadas; las fibras preoxidadas se transforman en fibras de carbono después de pasar por hornos de carbonización de temperatura media y temperatura alta; Luego, las fibras de carbono se someten a un tratamiento superficial final, apresto, secado y otros procesos para obtener productos de fibra de carbono. . Todo el proceso de alimentación continua de alambre y control preciso, un pequeño problema en cualquier proceso afectará la producción estable y la calidad del producto final de fibra de carbono. La producción de fibra de carbono tiene un flujo de proceso largo, muchos puntos técnicos clave y altas barreras de producción. Es una integración de múltiples disciplinas y tecnologías.
Lo anterior es la fabricación de fibra de carbono, ¡echemos un vistazo a cómo se usa la fibra de carbono!
Procesamiento de productos de fibra de carbono.
1. Cortar
El preimpregnado se saca del almacenamiento en frío a menos 18 grados. Después de despertar, el primer paso es cortar con precisión el material de acuerdo con el diagrama del material en la máquina de corte automático.
2. Pavimentación
El segundo paso es colocar el preimpregnado en la herramienta de colocación y colocar diferentes capas de acuerdo con los requisitos de diseño. Todos los procesos se realizan bajo posicionamiento láser.
3. Formación
A través de un robot de manipulación automatizado, la preforma se envía a la máquina de moldeo para el moldeo por compresión.
4. Cortar
Después de la formación, la pieza de trabajo se envía a la estación de trabajo del robot de corte para el cuarto paso de corte y desbarbado para garantizar la precisión dimensional de la pieza de trabajo. Este proceso también se puede operar en CNC.
5. Limpieza
El quinto paso es realizar una limpieza con hielo seco en la estación de limpieza para eliminar el agente de liberación, lo cual es conveniente para el posterior proceso de recubrimiento con pegamento.
6. Pegamento
El sexto paso es aplicar cola estructural en la estación del robot encolador. La posición de pegado, la velocidad del pegamento y la salida del pegamento se ajustan con precisión. Se remacha parte de la unión con las piezas metálicas, que se realiza en la estación de remachado.
7. Inspección de montaje
Después de aplicar el pegamento, se ensamblan los paneles interior y exterior. Una vez que se cura el pegamento, se realiza la detección de luz azul para garantizar la precisión dimensional de los orificios de las llaves, los puntos, las líneas y las superficies.
La fibra de carbono es más difícil de procesar
La fibra de carbono tiene tanto la fuerte resistencia a la tracción de los materiales de carbono como la procesabilidad suave de las fibras. La fibra de carbono es un nuevo material con excelentes propiedades mecánicas.
La resistencia de la fibra de carbono CFRP es significativamente mayor que la de la fibra de vidrio GFRP
Tome como ejemplo la fibra de carbono y nuestro acero común, compare estas dos imágenes, la resistencia de la fibra de carbono es de alrededor de 400 a 800 MPa, mientras que la resistencia del acero común es de 200 a 500 MPa. En cuanto a la tenacidad, la fibra de carbono y el acero son básicamente similares y no hay una diferencia obvia.
La fibra de carbono tiene una mayor resistencia y un peso más ligero, por lo que la fibra de carbono puede llamarse el rey de los nuevos materiales. Debido a esta ventaja, durante el procesamiento de compuestos reforzados con fibra de carbono (CFRP), la matriz y las fibras tienen interacciones internas complejas, lo que hace que sus propiedades físicas sean diferentes a las de los metales. La densidad del CFRP es mucho menor que la de los metales, mientras que la resistencia es mayor que la de la mayoría de los metales. Debido a la falta de homogeneidad de CFRP, la extracción de fibras o el desprendimiento de fibras de la matriz a menudo ocurre durante el procesamiento; El CFRP tiene una alta resistencia al calor y al desgaste, lo que lo hace más exigente con el equipo durante el procesamiento, por lo que se genera una gran cantidad de calor de corte en el proceso de producción, lo que es más grave para el desgaste del equipo.
Al mismo tiempo, con la expansión continua de sus campos de aplicación, los requisitos son cada vez más delicados, y los requisitos para la aplicabilidad de los materiales y los requisitos de calidad para CFRP son cada vez más estrictos, lo que también provoca el costo de procesamiento. levantar.
Procesamiento de tablero de fibra de carbono.
Después de curar y formar la placa de fibra de carbono, se requiere un procesamiento posterior, como el corte y la perforación, para cumplir con los requisitos de precisión o las necesidades de ensamblaje. Bajo las mismas condiciones de parámetros del proceso de corte, profundidad de corte, etc., la selección de herramientas y brocas de diferentes materiales, tamaños y formas tendrá efectos muy diferentes. Al mismo tiempo, factores como la fuerza, la dirección, el tiempo y la temperatura de las herramientas y los taladros también afectarán los resultados del procesamiento.
En el proceso de posprocesamiento, intente elegir una herramienta afilada con recubrimiento de diamante y una broca de carburo sólido. La resistencia al desgaste de la herramienta y de la propia broca determina la calidad del procesamiento y la vida útil de la herramienta. Si la herramienta y la broca no están lo suficientemente afiladas o se usan incorrectamente, no solo acelerarán el desgaste, aumentarán el costo de procesamiento del producto, sino que también dañarán la placa, lo que afectará la forma y el tamaño de la placa y el estabilidad de las dimensiones de los agujeros y ranuras en la placa. Provoca el desgarro en capas del material, o incluso el colapso del bloque, lo que resulta en el desguace de todo el tablero.
Al perforar láminas de fibra de carbono, cuanto más rápida sea la velocidad, mejor será el efecto. En la selección de brocas, el diseño único de la punta de perforación de la broca de borde frontal PCD8 es más adecuado para láminas de fibra de carbono, que pueden penetrar mejor las láminas de fibra de carbono y reducir el riesgo de delaminación.
Al cortar láminas gruesas de fibra de carbono, se recomienda utilizar una fresa de compresión de doble filo con un diseño de filo helicoidal izquierdo y derecho. Este borde de corte afilado tiene puntas helicoidales de corte superior e inferior, que equilibran la fuerza axial de la herramienta hacia arriba y hacia abajo durante el corte. , para garantizar que la fuerza de corte resultante se dirija hacia el lado interior del material, a fin de obtener condiciones de corte estables y suprimir la aparición de deslaminación del material. El diseño de los bordes superior e inferior en forma de diamante del enrutador "Pineapple Edge" también puede cortar efectivamente láminas de fibra de carbono. Su flauta de viruta profunda puede eliminar una gran cantidad de calor de corte a través de la descarga de virutas durante el proceso de corte, para evitar daños a la fibra de carbono. propiedades de la hoja.
