من الألياف إلى المنتج - فهم عميق لألياف الكربون

تعرف على ألياف الكربون أولاً

ألياف الكربون هي مادة ليفية تحتوي على نسبة كربون تزيد عن 95 بالمائة. لها خصائص ميكانيكية وكيميائية وكهربائية ممتازة وغيرها من الخصائص الممتازة. إنه "ملك المواد الجديدة" ومادة استراتيجية ينقصها التطوير العسكري والمدني. يعرف باسم "الذهب الأسود".

هي ، والمعروفة باسم المواد النبيلة

الكثير من المال ، شبر واحد من الذهب

إنها سلاح فريق سباقات الدراج و "الحصان الأسود" في صناعة المواد

هي ألياف الكربون

ما يراه الجميع هو خط إنتاج ألياف الكربون

بحث وتطوير مستقل تمامًا في بلدي لخط إنتاج ألياف الكربون 100- طن T1000

نحيلة ألياف الكربون

كيف صنعت؟

لقد تطورت تقنية عملية إنتاج ألياف الكربون حتى الآن ونضجت. مع التطوير المستمر للمواد المركبة من ألياف الكربون ، أصبحت مفضلة أكثر فأكثر من قبل جميع مناحي الحياة ، وخاصة النمو القوي للطيران ، والسيارات ، والسكك الحديدية ، وشفرات طاقة الرياح ، وما إلى ذلك ، ودورها الدافع ، وتطوير صناعة ألياف الكربون . بل إن الآفاق أوسع.

يمكن تقسيم سلسلة صناعة ألياف الكربون إلى المنبع والمصب. يشير المنبع عادةً إلى إنتاج مواد خاصة بألياف الكربون ؛ يشير المصب عادةً إلى إنتاج مكونات تطبيقات ألياف الكربون. يمكن للشركات الواقعة بين المنبع والمصب أن تعتبرهم مزودي المعدات في عملية إنتاج ألياف الكربون. كما هو موضح بالشكل:

في الجزء العلوي من سلسلة صناعة ألياف الكربون ، يجب أن تمر العملية برمتها من الحرير الخام إلى ألياف الكربون من خلال فرن الأكسدة ، وفرن الكربنة ، وفرن الرسم البياني ، والمعالجة السطحية ، والتحجيم والعمليات الأخرى. تهيمن ألياف الكربون على هيكل الألياف.

ينتمي الجزء العلوي من سلسلة صناعة ألياف الكربون إلى صناعة البتروكيماويات ، والتي تحصل بشكل أساسي على مادة الأكريلونيتريل من خلال تكرير النفط الخام والتكسير وأكسدة الأمونيا وغيرها من العمليات ؛ تنتج شركات ألياف الكربون البولي أكريلونيتريل عن طريق بلمرة المواد الخام المكونة أساسًا من الأكريلونيتريل ، ثم تدويرها للحصول على البولي أكريلونيتريل. يتم الحصول على ألياف البولي أكريلونيتريل ، وألياف الكربون عن طريق الأكسدة المسبقة وكربنة الألياف الأولية ، ويتم الحصول على المواد المركبة من ألياف الكربون عن طريق معالجة ألياف الكربون والراتنج عالي الجودة لتلبية متطلبات التطبيق.

تتضمن عملية إنتاج ألياف الكربون بشكل أساسي: الرسم والرسم والتثبيت والكربنة والجرافيت. كما هو موضح بالشكل:

الرسم: هذه هي الخطوة الأولى في عملية إنتاج ألياف الكربون. إنها تفصل المواد الخام بشكل أساسي إلى ألياف ، وهو تغيير فيزيائي. خلال هذه العملية ، يتم نقل الكتلة ونقل الحرارة بين سائل الغزل وسائل التخثر ، وأخيرًا ترسيب PAN. خيوط تشكل بنية هلامية.

الصياغة: تتطلب درجة حرارة من 100 إلى 300 درجة لتعمل بالتزامن مع تأثير التمدد للألياف الموجهة. إنها أيضًا خطوة رئيسية في المعامل العالي والتعزيز العالي والتكثيف والصقل لألياف PAN.

الاستقرار: يتم تحويل سلسلة الجزيئات الكبيرة الخطية من البلاستيك الحراري PAN إلى هيكل شبه منحرف غير بلاستيكي مقاوم للحرارة عن طريق طريقة التسخين والأكسدة عند 400 درجة ، بحيث تكون غير قابلة للذوبان وغير قابلة للاشتعال عند درجة حرارة عالية ، مما يحافظ على شكل الألياف ، والديناميكا الحرارية في حالة مستقرة.

الكربنة: من الضروري إخراج العناصر غير الكربونية في PAN عند درجة حرارة تتراوح من 1 ، 000 إلى 2 ، 000 درجة ، وأخيرًا إنشاء ألياف كربونية بهيكل جرافيت تربيني بمحتوى كربوني يبلغ أكثر من 90 بالمائة.

الرسم البياني: يتطلب درجة حرارة من 2 ، 000 إلى 3 ، 000 درجات لتحويل المواد غير المتبلورة والمتفحمة التوربينية إلى هياكل ثلاثية الأبعاد من الجرافيت ، وهو المقياس التقني الرئيسي لتحسين معامل ألياف الكربون .

العملية التفصيلية لألياف الكربون من عملية إنتاج الحرير الخام إلى المنتج النهائي هي أن الحرير الخام PAN يتم إنتاجه من خلال عملية إنتاج الحرير الخام السابقة. بعد السحب المسبق بواسطة الحرارة الرطبة لوحدة تغذية الأسلاك ، يتم نقلها بالتتابع إلى فرن الأكسدة المسبق بواسطة آلة السحب. بعد خبزها في درجات حرارة متدرجة مختلفة في مجموعة أفران ما قبل الأكسدة ، تتشكل الألياف المؤكسدة ، أي ألياف مسبقة التأكسد ؛ تتشكل الألياف المؤكسدة مسبقًا في ألياف الكربون بعد مرورها عبر أفران الكربنة ذات درجة الحرارة المتوسطة والعالية ؛ تخضع ألياف الكربون بعد ذلك للمعالجة النهائية للأسطح والتحجيم والتجفيف وغيرها من العمليات للحصول على منتجات ألياف الكربون. . العملية الكاملة للتغذية المستمرة للأسلاك والتحكم الدقيق ، ستؤثر مشكلة صغيرة في أي عملية على الإنتاج المستقر وجودة منتج ألياف الكربون النهائي. يتميز إنتاج ألياف الكربون بتدفق عملية طويل ، والعديد من النقاط الرئيسية التقنية ، وحواجز الإنتاج العالية. إنه تكامل بين تخصصات وتقنيات متعددة.

ما سبق هو تصنيع ألياف الكربون ، فلنلقِ نظرة على كيفية استخدام ألياف الكربون!

معالجة منتجات ألياف الكربون

1. القطع

يتم إخراج التقوية المسبقة من التخزين البارد عند درجة حرارة 18 تحت الصفر. بعد الاستيقاظ ، فإن الخطوة الأولى هي قطع المواد بدقة وفقًا لمخطط المواد على آلة القطع الأوتوماتيكية.

2. الرصف

والخطوة الثانية هي وضع مادة التقوية الأولية على أداة التمديد ، ووضع طبقات مختلفة وفقًا لمتطلبات التصميم. يتم تنفيذ جميع العمليات تحت وضع الليزر.

3. تشكيل

من خلال روبوت مناولة آلي ، يتم إرسال التشكيل إلى آلة التشكيل للقولبة بالضغط.

4. القطع

بعد التشكيل ، يتم إرسال قطعة العمل إلى محطة عمل روبوت القطع للخطوة الرابعة من القطع وإزالة الأزيز لضمان دقة أبعاد قطعة العمل. يمكن أيضًا تشغيل هذه العملية على CNC.

5. التنظيف

تتمثل الخطوة الخامسة في إجراء التنظيف بالثلج الجاف في محطة التنظيف لإزالة عامل التحرير ، وهو أمر مناسب لعملية طلاء الغراء اللاحقة.

6. الغراء

الخطوة السادسة هي وضع الغراء الهيكلي في محطة اللصق الروبوتية. تم ضبط موضع اللصق وسرعة الغراء ومخرجات الغراء بدقة. يتم تثبيت جزء من الاتصال بالأجزاء المعدنية ، والذي يتم إجراؤه في محطة التثبيت.

7. فحص الجمعية

بعد وضع الغراء ، يتم تجميع الألواح الداخلية والخارجية. بعد معالجة الغراء ، يتم إجراء الكشف عن الضوء الأزرق لضمان دقة أبعاد الثقوب والنقاط والخطوط والأسطح الرئيسية.

ألياف الكربون أكثر صعوبة في المعالجة

تتميز ألياف الكربون بكل من قوة الشد القوية للمواد الكربونية وقابلية المعالجة اللينة للألياف. ألياف الكربون مادة جديدة ذات خصائص ميكانيكية ممتازة.

قوة ألياف الكربون CFRP أعلى بكثير من الألياف الزجاجية GFRP 

خذ ألياف الكربون والفولاذ الشائع كمثال ، قارن هاتين الصورتين ، قوة ألياف الكربون تتراوح بين 400 إلى 800 ميجا باسكال ، بينما قوة الفولاذ العادي هي 200 إلى 500 ميجا باسكال. بالنظر إلى المتانة ، نجد أن ألياف الكربون والصلب متشابهة بشكل أساسي ، ولا يوجد فرق واضح.

تتمتع ألياف الكربون بقوة أعلى وأخف وزنًا ، لذلك يمكن تسمية ألياف الكربون بملك المواد الجديدة. بسبب هذه الميزة ، أثناء معالجة المركبات المقواة بألياف الكربون (CFRP) ، يكون للمصفوفة والألياف تفاعلات داخلية معقدة ، مما يجعل خصائصها الفيزيائية مختلفة عن خصائص المعادن. كثافة CFRP أصغر بكثير من كثافة المعادن ، في حين أن القوة أكبر من معظم المعادن. بسبب عدم تجانس CFRP ، غالبًا ما يحدث سحب الألياف أو انفصال ألياف المصفوفة أثناء المعالجة ؛ يتميز CFRP بمقاومة عالية للحرارة ومقاومة للتآكل ، مما يجعله أكثر تطلبًا على المعدات أثناء المعالجة ، لذلك يتم إنشاء قدر كبير من حرارة القطع في عملية الإنتاج ، وهو أمر أكثر خطورة لتآكل المعدات.

في الوقت نفسه ، مع التوسع المستمر في مجالات التطبيق ، أصبحت المتطلبات أكثر حساسية ، وأصبحت متطلبات قابلية تطبيق المواد ومتطلبات الجودة لـ CFRP أكثر صرامة ، مما يتسبب أيضًا في تكلفة المعالجة ليرفع.

تجهيز لوح ألياف الكربون

بعد معالجة وتشكيل لوح ألياف الكربون ، تكون المعالجة اللاحقة مثل القطع والحفر مطلوبة لمتطلبات الدقة أو احتياجات التجميع. في ظل نفس ظروف معلمات عملية القطع ، وعمق القطع ، وما إلى ذلك ، فإن اختيار الأدوات والتدريبات الخاصة بمواد وأحجام وأشكال مختلفة سيكون لها تأثيرات مختلفة تمامًا. في الوقت نفسه ، ستؤثر أيضًا عوامل مثل القوة والاتجاه والوقت ودرجة حرارة الأدوات والتدريبات على نتائج المعالجة.

في عملية ما بعد المعالجة ، حاول اختيار أداة حادة مطلية بالماس ومثقاب كربيد صلب. تحدد مقاومة التآكل للأداة وقطعة المثقاب نفسها جودة المعالجة وعمر خدمة الأداة. إذا لم تكن الأداة ومثقاب المثقاب حادتين بدرجة كافية أو تم استخدامهما بشكل غير صحيح ، فلن يؤدي ذلك فقط إلى تسريع التآكل والتلف ، وزيادة تكلفة معالجة المنتج ، بل يتسبب أيضًا في تلف اللوحة ، مما يؤثر على شكل وحجم اللوحة و ثبات أبعاد الثقوب والأخاديد على اللوح. يتسبب في تمزيق الطبقات للمادة ، أو حتى انهيار الكتلة ، مما يؤدي إلى تخريد اللوح بأكمله.

عند حفر صفائح ألياف الكربون ، كلما زادت السرعة ، كان التأثير أفضل. عند اختيار لقم الثقب ، فإن التصميم الفريد لطرف المثقاب الخاص بمثقاب حافة الوجه PCD8 يكون أكثر ملاءمة لألواح ألياف الكربون ، والتي يمكنها اختراق ألواح ألياف الكربون بشكل أفضل وتقليل مخاطر التشوه.

عند قطع صفائح ألياف الكربون السميكة ، يوصى باستخدام قاطع طحن بالضغط مزدوج الحواف بتصميم الحافة الحلزونية اليمنى واليسرى. تتميز حافة القطع الحادة هذه بأطراف حلزونية علوية وسفلية ، والتي توازن القوة المحورية للأداة لأعلى ولأسفل أثناء القطع. ، لضمان توجيه قوة القطع الناتجة إلى الجانب الداخلي للمادة ، وذلك للحصول على ظروف قطع مستقرة وقمع حدوث تشوه المواد. كما أن تصميم الحواف العلوية والسفلية الماسية الشكل لجهاز التوجيه "Pineapple Edge" يمكن أن يقطع بشكل فعال ألواح ألياف الكربون. يمكن أن يزيل الفلوت ذو الرقاقة العميقة كمية كبيرة من حرارة القطع من خلال تفريغ الرقائق أثناء عملية القطع ، وذلك لتجنب تلف ألياف الكربون. خصائص الورقة.