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Fibra de carbono É um material fibroso com teor de carbono superior a 95%. Possui excelentes propriedades mecânicas, químicas, elétricas e outras. É o "rei dos novos materiais" e um material estratégico que carece de desenvolvimento militar e civil. Conhecido como "Ouro Negro".

A linha de produção de fibra de carbono é a seguinte:

Como é feita a fibra de carbono fina?

A tecnologia do processo de produção de fibra de carbono evoluiu e amadureceu até hoje. Com o desenvolvimento contínuo de materiais compósitos de fibra de carbono, ela se tornou cada vez mais popular em todos os setores, especialmente com o forte crescimento da aviação, automóveis, ferrovias, pás eólicas, entre outros, e seu impacto propulsor no desenvolvimento da indústria de fibra de carbono. As perspectivas são ainda mais amplas.

A cadeia da indústria de fibra de carbono pode ser dividida em upstream e downstream. Upstream geralmente se refere à produção de materiais específicos para fibra de carbono; downstream geralmente se refere à produção de componentes para aplicações de fibra de carbono. As empresas entre upstream e downstream podem ser consideradas fornecedoras de equipamentos no processo de produção de fibra de carbono. Conforme mostrado na figura:

Todo o processo, desde a seda bruta até a fibra de carbono, a montante da cadeia da indústria de fibra de carbono, precisa passar por processos como fornos de oxidação, fornos de carbonização, fornos de grafitização, tratamento de superfície e dimensionamento. A estrutura da fibra é dominada pela fibra de carbono.

O upstream da cadeia da indústria de fibra de carbono pertence à indústria petroquímica, e o acrilonitrila é obtido principalmente por meio do refino de petróleo bruto, craqueamento, oxidação de amônia, etc.; Fibra precursora de poliacrilonitrila, a fibra de carbono é obtida pela pré-oxidação e carbonização da fibra precursora, e o material composto de fibra de carbono é obtido pelo processamento de fibra de carbono e resina de alta qualidade para atender aos requisitos da aplicação.

O processo de produção da fibra de carbono inclui principalmente trefilação, estiramento, estabilização, carbonização e grafitização. Conforme mostrado na figura:

Desenho:Esta é a primeira etapa do processo de produção da fibra de carbono. Ela basicamente separa a matéria-prima em fibras, o que representa uma transformação física. Durante esse processo, ocorrem a transferência de massa e de calor entre o líquido de fiação e o líquido de coagulação e, por fim, a precipitação do PAN. Os filamentos formam uma estrutura de gel.

Elaboração:requer uma temperatura de 100 a 300 graus para operar em conjunto com o efeito de alongamento das fibras orientadas. É também uma etapa fundamental no alto módulo, alto reforço, densificação e refinamento das fibras PAN.

Estabilidade:A cadeia macromolecular linear PAN termoplástica é transformada em uma estrutura trapezoidal não plástica e resistente ao calor pelo método de aquecimento e oxidação a 400 graus, de modo que não derreta e não seja inflamável em alta temperatura, mantendo o formato da fibra e a termodinâmica em um estado estável.

Carbonização:É necessário expulsar elementos não-carbono no PAN a uma temperatura de 1.000 a 2.000 graus e, finalmente, gerar fibras de carbono com uma estrutura de grafite turboestrática com um teor de carbono de mais de 90%.

Tecido de fibra de carbono

Grafitização: É necessária uma temperatura de 2.000 a 3.000 graus para converter materiais carbonizados amorfos e turboestráticos em estruturas de grafite tridimensionais, que é a principal medida técnica para melhorar o módulo das fibras de carbono.

O processo detalhado da fibra de carbono, desde o processo de produção da seda crua até o produto final, é que a seda crua PAN é produzida pelo processo anterior de produção da seda crua. Após a pré-trefilação pelo calor úmido do alimentador de arame, ela é transferida sequencialmente para o forno de pré-oxidação pela máquina de trefilação. Após serem cozidas em diferentes temperaturas de gradiente no grupo do forno de pré-oxidação, as fibras oxidadas são formadas, ou seja, fibras pré-oxidadas; as fibras pré-oxidadas são transformadas em fibras de carbono após passarem por fornos de carbonização de média e alta temperatura; as fibras de carbono são então submetidas ao tratamento de superfície final, dimensionamento, secagem e outros processos para obter produtos de fibra de carbono. . Todo o processo de alimentação contínua de arame e controle preciso, um pequeno problema em qualquer processo afetará a produção estável e a qualidade do produto final de fibra de carbono. A produção de fibra de carbono tem um longo fluxo de processo, muitos pontos-chave técnicos e altas barreiras de produção. É uma integração de múltiplas disciplinas e tecnologias.

O texto acima mostra a fabricação da fibra de carbono. Vamos dar uma olhada em como o tecido de fibra de carbono é usado!

Processamento de produtos de tecido de fibra de carbono

1. Corte

O pré-impregnado é retirado do armazenamento refrigerado a -18 graus. Após o despertar, o primeiro passo é cortar o material com precisão, de acordo com o diagrama de materiais na máquina de corte automática.

2. Pavimentação

A segunda etapa consiste em aplicar o pré-impregnado na ferramenta de aplicação e aplicar diferentes camadas de acordo com os requisitos do projeto. Todos os processos são realizados por posicionamento a laser.

3. Formando

Por meio de um robô de manuseio automatizado, a pré-forma é enviada para a máquina de moldagem para moldagem por compressão.

4. Corte

Após a conformação, a peça é enviada para a estação de trabalho do robô de corte para a quarta etapa de corte e rebarbação, garantindo a precisão dimensional da peça. Este processo também pode ser operado por CNC.

5. Limpeza

A quinta etapa é realizar a limpeza com gelo seco na estação de limpeza para remover o agente de liberação, o que é conveniente para o processo de revestimento de cola subsequente.

6. Cola

A sexta etapa é aplicar a cola estrutural na estação do robô de colagem. A posição de colagem, a velocidade da cola e a saída da cola são ajustadas com precisão. Parte da conexão com as peças metálicas é rebitada, o que é realizado na estação de rebitagem.

7. Inspeção de montagem

Após a aplicação da cola, os painéis interno e externo são montados. Após a cura da cola, é realizada a detecção de luz azul para garantir a precisão dimensional de buracos de fechadura, pontos, linhas e superfícies.

A fibra de carbono é mais difícil de processar

A fibra de carbono possui tanto a forte resistência à tração dos materiais de carbono quanto a processabilidade suave das fibras. A fibra de carbono é um material novo com excelentes propriedades mecânicas. Tomemos como exemplo a fibra de carbono e o nosso aço comum: a resistência da fibra de carbono é de cerca de 400 a 800 MPa, enquanto a resistência do aço comum é de 200 a 500 MPa. Em termos de tenacidade, a fibra de carbono e o aço são basicamente semelhantes, sem nenhuma diferença óbvia.

A fibra de carbono possui maior resistência e menor peso, o que a torna o rei dos novos materiais. Devido a essa vantagem, durante o processamento de compósitos reforçados com fibra de carbono (PRFC), a matriz e as fibras interagem internamente de forma complexa, o que torna suas propriedades físicas diferentes das dos metais. A densidade do PRFC é muito menor do que a dos metais, enquanto a resistência é maior do que a da maioria dos metais. Devido à heterogeneidade do PRFC, o arrancamento da fibra ou o desprendimento da fibra da matriz ocorrem frequentemente durante o processamento. O PRFC possui alta resistência ao calor e ao desgaste, o que o torna mais exigente para o equipamento durante o processamento. Uma grande quantidade de calor de corte é gerada no processo de produção, o que é mais grave para o desgaste do equipamento.

Ao mesmo tempo, com a expansão contínua de seus campos de aplicação, os requisitos estão se tornando cada vez mais delicados, e os requisitos para a aplicabilidade de materiais e os requisitos de qualidade para CFRP estão se tornando cada vez mais rigorosos, o que também faz com que o custo de processamento aumente.

Processamento de placa de fibra de carbono

Após a cura e conformação da placa de fibra de carbono, o pós-processamento, como corte e furação, é necessário para atender aos requisitos de precisão ou necessidades de montagem. Sob as mesmas condições, como parâmetros do processo de corte e profundidade de corte, a seleção de ferramentas e brocas de diferentes materiais, tamanhos e formatos terá efeitos muito diferentes. Ao mesmo tempo, fatores como resistência, direção, tempo e temperatura das ferramentas e brocas também afetarão os resultados do processamento.

No processo de pós-processamento, tente escolher uma ferramenta afiada com revestimento de diamante e uma broca de metal duro. A resistência ao desgaste da ferramenta e da própria broca determina a qualidade do processamento e sua vida útil. Se a ferramenta e a broca não forem suficientemente afiadas ou utilizadas de forma inadequada, isso não só acelerará o desgaste, aumentará o custo de processamento do produto, como também causará danos à chapa, afetando seu formato e tamanho, bem como a estabilidade das dimensões dos furos e ranhuras. Isso causará o rompimento em camadas do material ou até mesmo o colapso do bloco, resultando no descarte de toda a placa.

Ao perfurarfolhas de fibra de carbonoQuanto maior a velocidade, melhor o efeito. Na seleção de brocas, o design exclusivo da ponta da broca PCD8 com borda frontal é mais adequado para chapas de fibra de carbono, permitindo melhor penetração nas chapas de fibra de carbono e reduzindo o risco de delaminação.

Ao cortar chapas grossas de fibra de carbono, recomenda-se o uso de uma fresa de compressão de dois gumes com design de aresta helicoidal esquerda e direita. Esta aresta de corte afiada possui pontas helicoidais superior e inferior para equilibrar a força axial da ferramenta para cima e para baixo durante o corte, garantindo que a força de corte resultante seja direcionada para o interior do material, de modo a obter condições de corte estáveis ​​e suprimir a ocorrência de delaminação do material. O design das arestas superior e inferior em formato de diamante da fresadora "Pineapple Edge" também permite o corte eficaz de chapas de fibra de carbono. Sua ranhura profunda para cavacos pode dissipar grande parte do calor de corte através da descarga de cavacos durante o processo de corte, evitando danos à fibra de carbono. Propriedades da chapa.

01 Fibra longa contínua

Características do produto:O formato de produto mais comum dos fabricantes de fibra de carbono, o feixe é composto por milhares de monofilamentos, que são divididos em três tipos de acordo com o método de torção: NT (nunca torcido, sem torção), UT (sem torção, sem torção), TT ou ST (torcido, torcido), dos quais NT é a fibra de carbono mais comumente usada.

Aplicação principal:Usado principalmente para materiais compostos, como CFRP, CFRTP ou materiais compostos C/C, e os campos de aplicação incluem equipamentos aeroespaciais/de aeronaves, artigos esportivos e peças de equipamentos industriais.

02 Fios de Fibra Desfiada

Características do produto:fios de fibra curta para abreviar, fios fiados a partir de fibras curtas de carbono, como fibras de carbono de uso geral à base de piche, geralmente são produtos na forma de fibras curtas.

Principais usos:materiais de isolamento térmico, materiais antifricção, peças compostas de C/C, etc.

03 Tecido de fibra de carbono

Características do produto:É feito de fibra de carbono contínua ou fio fiado de fibra de carbono. De acordo com o método de tecelagem, os tecidos de fibra de carbono podem ser divididos em tecidos planos, tecidos de malha e tecidos não tecidos. Atualmente, os tecidos de fibra de carbono são geralmente tecidos planos.

Aplicação principal:O mesmo que fibra de carbono contínua, usada principalmente em materiais compostos como CFRP, CFRTP ou materiais compostos C/C, e os campos de aplicação incluem equipamentos aeroespaciais/de aeronaves, artigos esportivos e peças de equipamentos industriais.

04 Cinto Trançado em Fibra de Carbono

Características do produto:Pertence a um tipo de tecido de fibra de carbono, que também é tecido a partir de fibra de carbono contínua ou fio fiado de fibra de carbono.

Uso principal:Usado principalmente para materiais de reforço à base de resina, especialmente para a produção e processamento de produtos tubulares.

05 Fibra de carbono picada

Características do produto:Diferente do conceito de fio fiado de fibra de carbono, ele geralmente é preparado a partir de fibra de carbono contínua por meio de processamento picado, e o comprimento picado da fibra pode ser cortado de acordo com as necessidades do cliente.

Principais usos:Geralmente usado como uma mistura de plásticos, resinas, cimento, etc., ao misturar na matriz, as propriedades mecânicas, resistência ao desgaste, condutividade elétrica e resistência ao calor podem ser melhoradas; nos últimos anos, as fibras de reforço em compósitos de fibra de carbono impressos em 3D são principalmente fibras de carbono picadas. principal.

06 Moagem de fibra de carbono

Características do produto:Como a fibra de carbono é um material quebradiço, ela pode ser preparada em material de fibra de carbono em pó após a moagem, ou seja, moagem de fibra de carbono.

Aplicação principal:semelhante à fibra de carbono picada, mas raramente usada em reforço de cimento; geralmente usada como um composto de plástico, resina, borracha, etc. para melhorar as propriedades mecânicas, resistência ao desgaste, condutividade elétrica e resistência ao calor da matriz.

07 Tapete de fibra de carbono

Características do produto:A forma principal é feltro ou tapete. Primeiro, as fibras curtas são dispostas em camadas por cardagem mecânica e outros métodos, e depois preparadas por puncionamento com agulha; também conhecido como tecido não tecido de fibra de carbono, pertence a um tipo de tecido de fibra de carbono.Principais usos:materiais de isolamento térmico, substratos de materiais de isolamento térmico moldados, camadas protetoras resistentes ao calor e substratos de camadas resistentes à corrosão, etc.

08 Papel de fibra de carbono

Características do produto:É preparado a partir de fibra de carbono pelo processo de fabricação de papel seco ou úmido.

Principais usos:placas antiestáticas, eletrodos, cones de alto-falante e placas de aquecimento; aplicações populares nos últimos anos são materiais de cátodo de baterias de veículos de nova energia, etc.

09 Pré-impregnado de fibra de carbono

Características do produto:um material intermediário semi-endurecido feito de resina termoendurecível impregnada com fibra de carbono, que tem excelentes propriedades mecânicas e é amplamente utilizado; a largura do pré-impregnado de fibra de carbono depende do tamanho do equipamento de processamento, e as especificações comuns incluem material pré-impregnado com largura de 300 mm, 600 mm e 1000 mm.

Aplicação principal:equipamentos aeronáuticos/aeroespaciais, artigos esportivos e equipamentos industriais, etc.

010 material composto de fibra de carbono

Características do produto:Material de moldagem por injeção feito de resina termoplástica ou termoendurecível misturada com fibra de carbono, à mistura são adicionados vários aditivos e fibras picadas e, em seguida, passa por um processo de composição.

Aplicação principal:Contando com a excelente condutividade elétrica, alta rigidez e vantagens de leveza do material, ele é usado principalmente em invólucros de equipamentos e outros produtos.

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