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Fibra di carbonio è un materiale in fibra con un contenuto di carbonio superiore al 95%. Ha eccellenti proprietà meccaniche, chimiche, elettriche e altre eccellenti proprietà. È il “re dei nuovi materiali” e un materiale strategico che manca nello sviluppo militare e civile. Conosciuto come “Oro Nero”.

La linea di produzione della fibra di carbonio è la seguente:

Come è realizzata la sottile fibra di carbonio?

La tecnologia del processo di produzione della fibra di carbonio si è sviluppata finora ed è maturata. Con il continuo sviluppo dei materiali compositi in fibra di carbonio, è sempre più favorito da tutti i ceti sociali, in particolare la forte crescita dell'aviazione, dell'automobile, delle ferrovie, delle pale eoliche, ecc. e il suo effetto trainante, lo sviluppo dell'industria della fibra di carbonio . Le prospettive sono ancora più ampie.

La catena industriale della fibra di carbonio può essere suddivisa in upstream e downstream. Upstream si riferisce solitamente alla produzione di materiali specifici per la fibra di carbonio; downstream si riferisce solitamente alla produzione di componenti applicativi in ​​fibra di carbonio. Le aziende a cavallo tra upstream e downstream possono considerarle come fornitori di attrezzature nel processo di produzione della fibra di carbonio. Come mostrato nella figura:

L’intero processo dalla seta grezza alla fibra di carbonio a monte della catena industriale della fibra di carbonio deve passare attraverso processi quali forni di ossidazione, forni di carbonizzazione, forni di grafitizzazione, trattamento superficiale e dimensionamento. La struttura della fibra è dominata dalla fibra di carbonio.

La parte a monte della catena industriale della fibra di carbonio appartiene all'industria petrolchimica e l'acrilonitrile si ottiene principalmente attraverso la raffinazione del petrolio greggio, il cracking, l'ossidazione dell'ammoniaca, ecc.; Fibra precursore di poliacrilonitrile, la fibra di carbonio si ottiene preossidando e carbonizzando la fibra precursore e il materiale composito in fibra di carbonio si ottiene lavorando fibra di carbonio e resina di alta qualità per soddisfare i requisiti applicativi.

Il processo di produzione della fibra di carbonio comprende principalmente trafilatura, stesura, stabilizzazione, carbonizzazione e grafitizzazione. Come mostrato nella figura:

Disegno:Questo è il primo passo nel processo di produzione della fibra di carbonio. Separa principalmente le materie prime in fibre, che è un cambiamento fisico. Durante questo processo, si verificano il trasferimento di massa e il trasferimento di calore tra il liquido di filatura e il liquido di coagulazione e infine la precipitazione del PAN. I filamenti formano una struttura gel.

Redazione:richiede una temperatura compresa tra 100 e 300 gradi per funzionare insieme all'effetto di stiramento delle fibre orientate. È anche un passaggio chiave nell'alto modulo, nell'alto rinforzo, nella densificazione e nel raffinamento delle fibre PAN.

Stabilità:La catena macromolecolare lineare PAN termoplastica viene trasformata in una struttura trapezoidale non plastica resistente al calore mediante il metodo di riscaldamento e ossidazione a 400 gradi, in modo che non si sciolga e non sia infiammabile ad alta temperatura, mantenendo la forma della fibra e la termodinamica è in uno stato stabile.

Carbonizzazione:È necessario eliminare gli elementi non carboniosi nel PAN a una temperatura compresa tra 1.000 e 2.000 gradi e infine generare fibre di carbonio con una struttura di grafite turbostratica con un contenuto di carbonio superiore al 90%.

Tessuto in fibra di carbonio

Grafitizzazione: richiede una temperatura compresa tra 2.000 e 3.000 gradi per convertire materiali carbonizzati amorfi e turbostratici in strutture tridimensionali di grafite, che è la principale misura tecnica per migliorare il modulo delle fibre di carbonio.

Il processo dettagliato della fibra di carbonio dal processo di produzione della seta grezza al prodotto finito è che la seta grezza PAN è prodotta dal precedente processo di produzione della seta grezza. Dopo la pretrafilatura mediante il calore umido del trainafilo, viene successivamente trasferito al forno di preossidazione tramite la trafilatrice. Dopo essere state cotte a differenti gradienti di temperatura nel gruppo del forno di preossidazione, si formano fibre ossidate, cioè fibre preossidate; le fibre preossidate vengono trasformate in fibre di carbonio dopo essere passate attraverso forni di carbonizzazione a media e alta temperatura; le fibre di carbonio vengono quindi sottoposte a trattamento superficiale finale, dimensionamento, essiccazione e altri processi per ottenere prodotti in fibra di carbonio. . L'intero processo di alimentazione continua del filo e controllo preciso, un piccolo problema in qualsiasi processo influenzerà la produzione stabile e la qualità del prodotto finale in fibra di carbonio. La produzione della fibra di carbonio prevede un lungo flusso di processo, molti punti chiave tecnici ed elevate barriere produttive. È un’integrazione di molteplici discipline e tecnologie.

Quanto sopra è la produzione della fibra di carbonio, diamo un'occhiata a come viene utilizzato il tessuto in fibra di carbonio!

Lavorazione di prodotti in tessuto in fibra di carbonio

1. Taglio

Il preimpregnato viene estratto dalla cella frigorifera a meno 18 gradi. Dopo il risveglio, il primo passo è tagliare con precisione il materiale secondo lo schema del materiale sulla macchina da taglio automatica.

2. Pavimentazione

Il secondo passo consiste nel stendere il preimpregnato sullo strumento di posa e stendere diversi strati in base ai requisiti di progettazione. Tutti i processi vengono eseguiti con posizionamento laser.

3. Formatura

Attraverso un robot di movimentazione automatizzato, la preforma viene inviata alla macchina di stampaggio per lo stampaggio a compressione.

4. Taglio

Dopo la formatura, il pezzo viene inviato alla stazione di lavoro del robot di taglio per la quarta fase di taglio e sbavatura per garantire la precisione dimensionale del pezzo. Questo processo può essere eseguito anche su CNC.

5. Pulizia

Il quinto passaggio consiste nell'eseguire la pulizia con ghiaccio secco presso la stazione di pulizia per rimuovere l'agente distaccante, utile per il successivo processo di rivestimento della colla.

6. Colla

Il sesto passaggio consiste nell'applicare la colla strutturale presso la stazione robot di incollaggio. La posizione di incollaggio, la velocità della colla e la produzione della colla sono tutte regolate con precisione. Parte del collegamento con le parti metalliche viene rivettato, operazione che viene effettuata presso la stazione di rivettatura.

7. Ispezione dell'assemblaggio

Dopo aver applicato la colla, i pannelli interno ed esterno vengono assemblati. Dopo che la colla si è asciugata, viene eseguito il rilevamento della luce blu per garantire la precisione dimensionale di fori, punti, linee e superfici.

La fibra di carbonio è più difficile da lavorare

La fibra di carbonio ha sia la forte resistenza alla trazione dei materiali di carbonio che la morbida lavorabilità delle fibre. La fibra di carbonio è un nuovo materiale con eccellenti proprietà meccaniche. Prendiamo come esempio la fibra di carbonio e il nostro acciaio comune, la resistenza della fibra di carbonio è compresa tra 400 e 800 MPa, mentre la resistenza dell'acciaio comune è compresa tra 200 e 500 MPa. Per quanto riguarda la tenacità, la fibra di carbonio e l’acciaio sono sostanzialmente simili e non vi è alcuna differenza evidente.

La fibra di carbonio ha una resistenza maggiore e un peso più leggero, quindi la fibra di carbonio può essere definita il re dei nuovi materiali. A causa di questo vantaggio, durante la lavorazione dei compositi rinforzati con fibra di carbonio (CFRP), la matrice e le fibre hanno complesse interazioni interne, rendendo le loro proprietà fisiche diverse da quelle dei metalli. La densità del CFRP è molto inferiore a quella dei metalli, mentre la resistenza è maggiore di quella della maggior parte dei metalli. A causa della disomogeneità del CFRP, durante la lavorazione si verifica spesso l'estrazione delle fibre o il distacco delle fibre della matrice; Il CFRP ha un'elevata resistenza al calore e all'usura, il che lo rende più impegnativo per le attrezzature durante la lavorazione, quindi nel processo di produzione viene generata una grande quantità di calore da taglio, il che è più grave per l'usura delle attrezzature.

Allo stesso tempo, con la continua espansione dei suoi campi di applicazione, i requisiti stanno diventando sempre più delicati, e i requisiti per l'applicabilità dei materiali e i requisiti di qualità per CFRP stanno diventando sempre più severi, il che causa anche i costi di lavorazione salire.

Lavorazione del pannello in fibra di carbonio

Dopo che il pannello in fibra di carbonio è stato polimerizzato e formato, è necessaria la post-elaborazione come taglio e perforazione per requisiti di precisione o esigenze di assemblaggio. Nelle stesse condizioni, come i parametri del processo di taglio e la profondità di taglio, la selezione di utensili e punte di materiali, dimensioni e forme diversi avrà effetti molto diversi. Allo stesso tempo, anche fattori come la resistenza, la direzione, il tempo e la temperatura degli strumenti e delle punte influiscono sui risultati della lavorazione.

Nel processo di post-elaborazione, prova a scegliere uno strumento affilato con rivestimento diamantato e una punta in metallo duro integrale. La resistenza all'usura dell'utensile e della punta stessa determina la qualità della lavorazione e la durata dell'utensile. Se lo strumento e la punta del trapano non sono sufficientemente affilati o utilizzati in modo improprio, non solo si accelererà l'usura, si aumenterà il costo di lavorazione del prodotto, ma si causerà anche un danno alla piastra, influenzando la forma e le dimensioni della piastra e il stabilità delle dimensioni dei fori e delle scanalature della piastra. Provoca la lacerazione a strati del materiale, o addirittura il collasso del blocco, con conseguente demolizione dell'intera tavola.

Durante la perforazionefogli di fibra di carbonio, maggiore è la velocità, migliore è l'effetto. Nella selezione delle punte da trapano, l'esclusivo design della punta del trapano della punta per bordo frontale PCD8 è più adatto per fogli in fibra di carbonio, che possono penetrare meglio nei fogli in fibra di carbonio e ridurre il rischio di delaminazione.

Quando si tagliano fogli spessi in fibra di carbonio, si consiglia di utilizzare una fresa a compressione a doppio tagliente con un design del tagliente elicoidale sinistro e destro. Questo tagliente affilato è dotato di punte elicoidali superiori e inferiori per bilanciare la forza assiale dell'utensile su e giù durante il taglio. , per garantire che la forza di taglio risultante sia diretta verso il lato interno del materiale, in modo da ottenere condizioni di taglio stabili ed eliminare il verificarsi di delaminazione del materiale. Il design dei bordi superiori e inferiori a forma di diamante della fresatrice "Pineapple Edge" può anche tagliare efficacemente fogli di fibra di carbonio. La sua profonda scanalatura per trucioli può eliminare molto calore di taglio attraverso lo scarico dei trucioli durante il processo di taglio, in modo da evitare danni alla fibra di carbonio. proprietà del foglio.

01 Fibra lunga continua

Caratteristiche del prodotto:La forma di prodotto più comune dei produttori di fibra di carbonio, il fascio è composto da migliaia di monofilamenti, che si dividono in tre tipologie in base al metodo di torsione: NT (Never Twisted, non ritorto), UT (Untwisted, non ritorto), TT o ST ( Ritorto, ritorto), di cui NT è la fibra di carbonio più comunemente utilizzata.

Applicazione principale:Utilizzato principalmente per materiali compositi come CFRP, CFRTP o materiali compositi C/C, e i campi di applicazione includono apparecchiature aeronautiche/aerospaziali, articoli sportivi e parti di apparecchiature industriali.

02 Filato di fibra in fiocco

Caratteristiche del prodotto:filati a fibra corta per corti, i filati filati da fibre di carbonio corte, come le fibre di carbonio a base di pece per uso generale, sono solitamente prodotti sotto forma di fibre corte.

Usi principali:materiali per l'isolamento termico, materiali antiattrito, parti composite C/C, ecc.

03 Tessuto in fibra di carbonio

Caratteristiche del prodotto:È realizzato in fibra di carbonio continua o filato in fibra di carbonio. Secondo il metodo di tessitura, i tessuti in fibra di carbonio possono essere suddivisi in tessuti, tessuti a maglia e tessuti non tessuti. Allo stato attuale, i tessuti in fibra di carbonio sono generalmente tessuti.

Applicazione principale:Lo stesso della fibra di carbonio continua, utilizzata principalmente in materiali compositi come CFRP, CFRTP o materiali compositi C/C, e i campi di applicazione includono apparecchiature aeronautiche/aerospaziali, articoli sportivi e parti di apparecchiature industriali.

04 Cintura intrecciata in fibra di carbonio

Caratteristiche del prodotto:Appartiene a un tipo di tessuto in fibra di carbonio, anch'esso tessuto da fibra di carbonio continua o filato in fibra di carbonio.

Utilizzo principale:Utilizzato principalmente per materiali rinforzanti a base di resina, in particolare per la produzione e la lavorazione di prodotti tubolari.

05 Fibra di carbonio tagliata

Caratteristiche del prodotto:Diversamente dal concetto di filato in fibra di carbonio, viene solitamente preparato da fibra di carbonio continua attraverso la lavorazione tagliata e la lunghezza tagliata della fibra può essere tagliata in base alle esigenze del cliente.

Usi principali:Solitamente utilizzato come miscela di plastica, resine, cemento, ecc., mescolandosi nella matrice è possibile migliorare le proprietà meccaniche, la resistenza all'usura, la conduttività elettrica e la resistenza al calore; negli ultimi anni, le fibre di rinforzo nei compositi in fibra di carbonio per la stampa 3D sono per lo più fibre di carbonio tritate. principale.

06 Levigatura della fibra di carbonio

Caratteristiche del prodotto:Poiché la fibra di carbonio è un materiale fragile, può essere preparata in materiale di fibra di carbonio in polvere dopo la macinazione, ovvero la macinazione della fibra di carbonio.

Applicazione principale:simile alla fibra di carbonio tritata, ma usata raramente nel rinforzo del cemento; solitamente utilizzato come composto di plastica, resina, gomma, ecc. per migliorare le proprietà meccaniche, la resistenza all'usura, la conduttività elettrica e la resistenza al calore della matrice.

07 Tappetino in fibra di carbonio

Caratteristiche del prodotto:La forma principale è feltro o opaco. Innanzitutto, le fibre corte vengono stratificate mediante cardatura meccanica e altri metodi, e poi preparate mediante agugliatura; noto anche come tessuto non tessuto in fibra di carbonio, appartiene a un tipo di tessuto in fibra di carbonio.Usi principali:materiali di isolamento termico, substrati di materiali di isolamento termico stampati, strati protettivi resistenti al calore e substrati di strati resistenti alla corrosione, ecc.

08 Carta in fibra di carbonio

Caratteristiche del prodotto:È preparato dalla fibra di carbonio mediante processo di fabbricazione della carta a secco o ad umido.

Usi principali:piastre antistatiche, elettrodi, coni per altoparlanti e piastre riscaldanti; le applicazioni calde negli ultimi anni sono i nuovi materiali catodici per batterie di veicoli energetici, ecc.

09 Preimpregnato in fibra di carbonio

Caratteristiche del prodotto:un materiale intermedio semi-indurito costituito da resina termoindurente impregnata di fibra di carbonio, che ha eccellenti proprietà meccaniche ed è ampiamente utilizzato; la larghezza del preimpregnato in fibra di carbonio dipende dalle dimensioni dell'attrezzatura di lavorazione e le specifiche comuni includono materiale preimpregnato con larghezza di 300 mm, 600 mm e 1000 mm.

Applicazione principale:attrezzature aeronautiche/aerospaziali, articoli sportivi e attrezzature industriali, ecc.

010 materiale composito in fibra di carbonio

Caratteristiche del prodotto:Materiale per stampaggio ad iniezione costituito da resina termoplastica o termoindurente mista a fibra di carbonio, alla miscela vengono aggiunti vari additivi e fibre tritate, quindi subisce un processo di compounding.

Applicazione principale:Basandosi sull'eccellente conduttività elettrica del materiale, sull'elevata rigidità e sui vantaggi di leggerezza, viene utilizzato principalmente negli involucri di apparecchiature e altri prodotti.

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