Fibra di carbonio È un materiale fibroso con un contenuto di carbonio superiore al 95%. Possiede eccellenti proprietà meccaniche, chimiche, elettriche e di altro tipo. È considerato il "re dei nuovi materiali" e un materiale strategico di cui c'è carenza nello sviluppo militare e civile. È noto come "oro nero".
La linea di produzione della fibra di carbonio è la seguente:
Come viene realizzata la sottile fibra di carbonio?
La tecnologia di produzione della fibra di carbonio si è evoluta e ha raggiunto la maturità. Grazie al continuo sviluppo dei materiali compositi in fibra di carbonio, questi sono sempre più apprezzati in tutti i settori, in particolare grazie alla forte crescita dell'aviazione, dell'automotive, del settore ferroviario, delle pale eoliche, ecc., e al suo effetto trainante, le prospettive di sviluppo dell'industria della fibra di carbonio sono ancora più ampie.
La filiera industriale della fibra di carbonio può essere suddivisa in fase a monte e a valle. La fase a monte si riferisce generalmente alla produzione di materiali specifici per la fibra di carbonio; la fase a valle si riferisce generalmente alla produzione di componenti applicativi in fibra di carbonio. Le aziende che si trovano tra la fase a monte e quella a valle possono essere considerate come fornitori di attrezzature nel processo di produzione della fibra di carbonio. Come mostrato in 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 apprettatura. La struttura della fibra è dominata dalla fibra di carbonio.
La fase a monte della catena di produzione della fibra di carbonio appartiene all'industria petrolchimica, e l'acrilonitrile si ottiene principalmente attraverso la raffinazione del petrolio greggio, il cracking, l'ossidazione con ammoniaca, ecc.; la fibra precursore di poliacrilonitrile, la fibra di carbonio si ottiene pre-ossidando e carbonizzando la fibra precursore, e il materiale composito in fibra di carbonio si ottiene lavorando la fibra di carbonio e una resina di alta qualità per soddisfare i requisiti applicativi.
Il processo di produzione della fibra di carbonio comprende principalmente le fasi di stiratura, formatura, stabilizzazione, carbonizzazione e grafitizzazione. Come illustrato nella figura:
Disegno:Questo è il primo passaggio nel processo di produzione della fibra di carbonio. Consiste principalmente nella separazione delle materie prime in fibre, il che rappresenta una trasformazione fisica. Durante questo processo, si verificano il trasferimento di massa e di calore tra il liquido di filatura e il liquido di coagulazione, e infine la precipitazione del PAN. I filamenti formano una struttura gelatinosa.
Redazione:Richiede una temperatura compresa tra 100 e 300 gradi per funzionare in combinazione con l'effetto di stiramento delle fibre orientate. È inoltre una fase chiave per ottenere un modulo elevato, un rinforzo elevato, una densificazione e un affinamento delle fibre PAN.
Stabilità:La catena macromolecolare lineare termoplastica PAN viene trasformata in una struttura trapezoidale non plastica e resistente al calore mediante un processo di riscaldamento e ossidazione a 400 gradi, in modo che non si fonda e non sia infiammabile ad alta temperatura, mantenendo la forma della fibra e garantendo una stabilità termodinamica.
Carbonizzazione:È necessario eliminare gli elementi non carboniosi presenti nel PAN a una temperatura compresa tra 1.000 e 2.000 gradi, per poi generare fibre di carbonio con una struttura di grafite turbostratica e un contenuto di carbonio superiore al 90%.
Grafitizzazione: richiede una temperatura compresa tra 2.000 e 3.000 gradi per convertire materiali carbonizzati amorfi e turbostratici in strutture di grafite tridimensionali, ed è la principale misura tecnica per migliorare il modulo delle fibre di carbonio.
Il processo dettagliato di produzione della fibra di carbonio, dalla materia prima al prodotto finito, prevede che la materia prima PAN venga prodotta tramite un processo di pre-stiratura. Dopo la pre-stiratura mediante riscaldamento a umido del filo, viene trasferita sequenzialmente al forno di pre-ossidazione tramite una macchina di estrusione. Dopo essere stata cotta a diverse temperature nel gruppo di forni di pre-ossidazione, si formano fibre ossidate, ovvero fibre pre-ossidate; queste fibre pre-ossidate 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 trattamenti superficiali finali, dimensionamento, essiccazione e altri processi per ottenere il prodotto finito in fibra di carbonio. L'intero processo di alimentazione continua del filo e il controllo preciso sono fondamentali, poiché anche il minimo problema in qualsiasi fase può compromettere la stabilità della produzione e la qualità del prodotto finale in fibra di carbonio. La produzione di fibra di carbonio presenta un lungo flusso di processo, numerosi punti chiave tecnici e elevate barriere produttive. Rappresenta un'integrazione di molteplici discipline e tecnologie.
Quanto sopra descrive il processo di produzione della fibra di carbonio; ora vediamo come viene utilizzato il tessuto in fibra di carbonio!
Lavorazione di prodotti in tessuto di fibra di carbonio
1. Taglio
Il preimpregnato viene estratto dalla cella frigorifera a -18 gradi. Dopo il risveglio, il primo passo consiste nel tagliare con precisione il materiale secondo lo schema del materiale sulla macchina da taglio automatica.
2. Pavimentazione
Il secondo passaggio consiste nel posizionare il preimpregnato sull'apposito strumento e stendere i diversi strati secondo le specifiche di progettazione. Tutti i processi vengono eseguiti sotto controllo laser.
3. Formazione
Tramite un robot di movimentazione automatizzato, la preforma viene inviata alla macchina per lo stampaggio a compressione.
4. Taglio
Dopo la formatura, il pezzo viene inviato alla postazione di lavoro del robot di taglio per la quarta fase di taglio e sbavatura, al fine di garantire la precisione dimensionale del pezzo. Anche questo processo può essere eseguito su un sistema CNC.
5. Pulizia
Il quinto passaggio consiste nell'eseguire una pulizia con ghiaccio secco presso la stazione di pulizia per rimuovere l'agente distaccante, il che facilita il successivo processo di applicazione della colla.
6. Colla
Il sesto passaggio consiste nell'applicazione della colla strutturale presso la stazione robotizzata di incollaggio. La posizione di incollaggio, la velocità di incollaggio e la quantità di colla erogata vengono regolate con precisione. Una parte del collegamento con le parti metalliche viene realizzata tramite rivettatura, operazione che viene eseguita presso la stazione di rivettatura.
7. Ispezione del montaggio
Dopo l'applicazione della colla, si procede all'assemblaggio dei pannelli interno ed esterno. Una volta che la colla si è indurita, si esegue un controllo con 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 possiede sia l'elevata resistenza alla trazione dei materiali a base di carbonio sia la malleabilità tipica delle fibre. Si tratta di un materiale innovativo con eccellenti proprietà meccaniche. Prendendo come esempio la fibra di carbonio e il comune acciaio, la resistenza della fibra di carbonio si aggira tra i 400 e gli 800 MPa, mentre quella dell'acciaio ordinario è compresa tra i 200 e i 500 MPa. In termini di tenacità, la fibra di carbonio e l'acciaio sono sostanzialmente simili, senza differenze significative.
La fibra di carbonio possiede una resistenza superiore e un peso inferiore, per questo può essere definita il re dei nuovi materiali. Proprio per questo vantaggio, durante la lavorazione dei compositi rinforzati con fibra di carbonio (CFRP), la matrice e le fibre interagiscono internamente in modo complesso, rendendo le loro proprietà fisiche diverse da quelle dei metalli. La densità del CFRP è molto inferiore a quella dei metalli, mentre la sua resistenza è superiore a quella della maggior parte dei metalli. A causa dell'eterogeneità del CFRP, durante la lavorazione si verificano spesso fenomeni di estrazione delle fibre o di distacco delle fibre dalla matrice; il CFRP ha un'elevata resistenza al calore e all'usura, il che lo rende più impegnativo per le attrezzature durante la lavorazione, generando una grande quantità di calore di taglio, che contribuisce in modo significativo all'usura delle apparecchiature.
Allo stesso tempo, con la continua espansione dei suoi campi di applicazione, i requisiti diventano sempre più esigenti, così come i requisiti di applicabilità dei materiali e di qualità per i CFRP, il che comporta anche un aumento dei costi di lavorazione.
Lavorazione dei pannelli in fibra di carbonio
Dopo che il pannello in fibra di carbonio è stato polimerizzato e formato, sono necessarie lavorazioni successive come il taglio e la foratura per soddisfare requisiti di precisione o esigenze di assemblaggio. A parità di parametri di taglio e profondità di taglio, la scelta di utensili e punte di materiali, dimensioni e forme diverse avrà effetti molto diversi. Allo stesso tempo, anche fattori come la resistenza, la direzione, il tempo e la temperatura degli utensili e delle punte influenzeranno i risultati della lavorazione.
Nella fase di post-lavorazione, è consigliabile utilizzare un utensile affilato con rivestimento diamantato e una punta da trapano 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 l'utensile e la punta non sono sufficientemente affilati o vengono utilizzati in modo improprio, non solo si accelererà l'usura e aumenterà il costo di lavorazione del prodotto, ma si danneggeranno anche la lamiera, compromettendone la forma e le dimensioni, nonché la stabilità delle dimensioni dei fori e delle scanalature. Ciò può causare lacerazioni a strati del materiale o addirittura il collasso del blocco, con conseguente scarto dell'intera lamiera.
Quando si forafogli di fibra di carbonio, maggiore è la velocità, migliore è l'effetto. Nella selezione delle punte da trapano, l'esclusivo design della punta con bordo frontale in PCD8 è più adatto per i fogli di fibra di carbonio, in quanto può penetrare meglio i fogli di fibra di carbonio e ridurre il rischio di delaminazione.
Quando si tagliano fogli spessi di fibra di carbonio, si consiglia di utilizzare una fresa a compressione a doppio tagliente con un design a elica sinistra e destra. Questo tagliente affilato presenta punte elicoidali superiori e inferiori per bilanciare la forza assiale dell'utensile durante il taglio, garantendo che la forza di taglio risultante sia diretta verso l'interno del materiale, in modo da ottenere condizioni di taglio stabili e sopprimere la delaminazione del materiale. Anche il design dei bordi a diamante superiore e inferiore della fresa "Pineapple Edge" può tagliare efficacemente fogli di fibra di carbonio. La sua profonda scanalatura per i trucioli permette di dissipare gran parte del calore generato dal taglio attraverso l'espulsione dei trucioli durante il processo di lavorazione, evitando così di danneggiare le proprietà del foglio di fibra di carbonio.
01 Fibra lunga continua
Caratteristiche del prodotto:La forma di prodotto più comune dei produttori di fibra di carbonio è il fascio, composto da migliaia di monofilamenti, che si dividono in tre tipi in base al metodo di torsione: NT (Never Twisted, non ritorto), UT (Untwisted, non ritorto), TT o ST (Twisted, 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, trova applicazione in diversi settori, tra cui aeronautica/aerospazio, articoli sportivi e componenti per attrezzature industriali.
02 Filato in fibra discontinua
Caratteristiche del prodotto:I filati a fibra corta, ovvero i filati ricavati da fibre di carbonio corte, come le fibre di carbonio a base di pece per uso generale, sono generalmente prodotti sotto forma di fibre corte.
Principali utilizzi:materiali termoisolanti, materiali antifrizione, componenti compositi C/C, ecc.
03 Tessuto in fibra di carbonio
Caratteristiche del prodotto:È costituito da fibra di carbonio continua o da filato di fibra di carbonio. In base al metodo di tessitura, i tessuti in fibra di carbonio possono essere suddivisi in tessuti a trama, tessuti a maglia e tessuti non tessuti. Attualmente, i tessuti in fibra di carbonio sono generalmente tessuti a trama.
Applicazione principale:Analogamente alla fibra di carbonio continua, viene utilizzata principalmente nei materiali compositi quali CFRP, CFRTP o materiali compositi C/C, e trova applicazione in settori quali aeromobili/attrezzature aerospaziali, articoli sportivi e componenti per attrezzature industriali.
04 Cinghia intrecciata in fibra di carbonio
Caratteristiche del prodotto:Appartiene a un tipo di tessuto in fibra di carbonio, che viene tessuto a partire da fibra di carbonio continua o da filato di fibra di carbonio.
Utilizzo principale:Utilizzato principalmente per materiali di rinforzo a base di resina, in particolare per la produzione e la lavorazione di prodotti tubolari.
05 Fibra di carbonio tritata
Caratteristiche del prodotto:A differenza del concetto di filato in fibra di carbonio, questo prodotto viene solitamente realizzato a partire da fibra di carbonio continua tramite un processo di taglio, e la lunghezza dei frammenti di fibra può essere regolata in base alle esigenze del cliente.
Principali utilizzi:Solitamente utilizzato come miscela di plastica, resine, cemento, ecc., mediante miscelazione 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 stampati in 3D sono principalmente fibre di carbonio tagliate.
06 Rettifica della fibra di carbonio
Caratteristiche del prodotto:Poiché la fibra di carbonio è un materiale fragile, può essere trasformata in fibra di carbonio in polvere dopo la macinazione, ovvero macinando la fibra di carbonio.
Applicazione principale:Simile alla fibra di carbonio tritata, ma raramente utilizzata nel rinforzo del cemento; solitamente impiegata 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 stuoia. Innanzitutto, le fibre corte vengono stratificate mediante cardatura meccanica e altri metodi, e poi preparate tramite agugliatura; noto anche come tessuto non tessuto in fibra di carbonio, appartiene a una tipologia di tessuto in fibra di carbonio.Principali utilizzi:materiali isolanti termici, substrati in materiale isolante termico stampato, strati protettivi resistenti al calore e substrati in strato resistente alla corrosione, ecc.
08 Carta in fibra di carbonio
Caratteristiche del prodotto:Viene prodotto a partire da fibra di carbonio mediante un processo di fabbricazione della carta a secco o a umido.
Principali utilizzi:Piastre antistatiche, elettrodi, coni per altoparlanti e piastre riscaldanti; tra le applicazioni più promettenti degli ultimi anni si annoverano i materiali catodici per batterie di veicoli a energia alternativa, ecc.
09 Preimpregnato di fibra di carbonio
Caratteristiche del prodotto:Un materiale intermedio semi-indurito costituito da resina termoindurente impregnata di fibra di carbonio, che possiede 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 a iniezione costituito da resina termoplastica o termoindurente miscelata con fibra di carbonio; alla miscela vengono aggiunti vari additivi e fibre tritate, e successivamente viene effettuato un processo di compounding.
Applicazione principale:Grazie all'eccellente conduttività elettrica, all'elevata rigidità e alla leggerezza del materiale, questo viene utilizzato principalmente per la realizzazione di involucri per apparecchiature e altri prodotti.
Produciamo ancheroving diretto in fibra di vetro,tappeti in fibra di vetro, rete in fibra di vetro, Eroving in fibra di vetro intrecciata.
Contattaci:
Numero di telefono: +8615823184699
Numero di telefono: +8602367853804
Email:marketing@frp-cqdj.com
Data di pubblicazione: 1 giugno 2022
