Úplné pochopenie toku spracovania dosiek z uhlíkových vlákien a aplikačných oblastí
Kompozitné materiály z uhlíkových vlákien sú konštrukčné materiály vyrobené kombináciou uhlíkových vlákien s matricami, ako je živica, kov, keramika atď. Kompozitné materiály z epoxidovej živice vystužené uhlíkovými vláknami majú spomedzi existujúcich konštrukčných materiálov najvyššie komplexné ukazovatele špecifickej pevnosti a špecifického modulu. V oblastiach s prísnymi požiadavkami na hustotu, tuhosť, hmotnosť, únavové charakteristiky a v situáciách, kde sa vyžaduje vysoká teplotná a chemická stabilita, majú kompozitné materiály z uhlíkových vlákien významné výhody. Doska z uhlíkových vlákien je jednou z hlavných aplikačných foriem kompozitných materiálov z uhlíkových vlákien, ktorá sa široko používa v rôznych priemyselných odvetviach a stáva sa nenahraditeľným novým materiálom.
Surovinou používanou pri spracovaní dosiek z uhlíkových vlákien je predimpregnovaný laminát z uhlíkových vlákien, ktorý sa delí na 1k, 3k, 6k, 12k atď. podľa veľkosti zväzkov uhlíkových vlákien v predimpregnovanom lamináte. Vo všeobecnosti sa bežne používa 3k a povrchová štruktúra listu môže byť rozdelená na plátnovú väzbu a diagonálnu väzbu. Podľa efektu povrchovej úpravy ho možno rozdeliť na lesklý a matný a podľa požiadaviek aj vyrezávaný. Špecifické postupy spracovania zahŕňajú rezanie, vrstvenie, vytvrdzovanie, rezanie a následné spracovanie surovín.
1. Rezanie predimpregnovaného laminátu:
Predimpregnovaný laminát by sa mal narezať podľa dĺžky a šírky dosky a hrúbka predimpregnovaného laminátu by sa mala určiť na základe hrúbky dosky. Bežné hrúbky plechu zahŕňajú {{0}},2 mm, 0,5 mm, 1.0 mm, 1,5 mm, 2.0 mm, 3.{13 }}mm, 5.0mm, 6.{17}}mm, 10,0 mm, 20 mm atď. Shandong Yingteli New Materials Co., Ltd. má mnoho rokov bohatých skúsenosti s výrobou dosiek z uhlíkových vlákien a môžu prispôsobiť dosky z uhlíkových vlákien rôznych hrúbok podľa potrieb zákazníka. Čím je doska hrubšia, tým viac vrstiev predimpregnovaného laminátu je potrebné naskladať. Vo všeobecnosti doska s hrúbkou 2 mm vyžaduje 10 vrstiev predimpregnovaného laminátu. Spoločnosť predstavila americký automatický rezací stroj GeBo na prvotné spracovanie prepregu, ktorý lepšie kontroluje veľkosť a kvalitu rezu. Pokročilé výrobné zariadenia zaisťujú kvalitu produktu. Pred narezaním predimpregnovaného laminátu sa musí vykonať rozumný návrh a prostredníctvom optimalizácie dizajnu sa predimpregnovaný laminát môže maximálne využiť na zníženie vytvárania okrajov okrajov a zníženie výrobných nákladov.
2. Pokladanie predimpregnovaného laminátu:
Určte smer kladenia a postupnosť predimpregnovaného laminátu na základe požiadaviek na ťahovú silu, šmykovú silu a pevnosť dosky. Smer kladenia zahŕňa 0 stupeň , 45 stupeň , 90 stupeň a -45 stupeň . V praktickej prevádzke je potrebné zvoliť poradie kladenia podľa typu zaťaženia, ktoré znáša, aby sa maximalizovalo využitie vysokého výkonu vlákna v axiálnom smere.
Smer kladenia vlákien by mal byť nastavený podľa hlavného smeru zaťaženia. V bodovom napätí odpovedá kladná vrstva s uhlom {{0}}} normálnemu napätiu, kladacia vrstva s uhlom ± 45 stupňov zodpovedá šmykovému napätiu a pokládacia vrstva s uhlom 90 stupňov sa používa na zabezpečenie dostatočného pretlaku v radiálnom smere časti z kompozitného materiálu. Ak je zaťaženie, ktoré znáša doska z kompozitného materiálu, hlavne ťahové a tlakové zaťaženie, potom by mal byť smer kladenia zvolený v smere ťahového a tlakového zaťaženia; Ak je zaťaženie znášané komponentmi kompozitného materiálu hlavne šmykové zaťaženie, potom by sa vrstvy mali ukladať v pároch pod uhlom 45 stupňov a -45 stupňov; Ak je situácia zaťaženia znášaná časťami z kompozitného materiálu zložitá a zahŕňa viacnásobné zaťaženie, návrh vrstvy by mal byť zmiešaný vo viacerých smeroch 0 stupňov, ± 45 stupňov a 90 stupňov.
Stručne povedané, rôzne postupnosti vrstvenia ovplyvňujú nielen počiatočné zaťaženie, rýchlosť šírenia a lomovú húževnatosť trhlín matrice, ale majú tiež významný vplyv na saturáciu a hustotu trhlín matricových trhlín. Napríklad pre ortogonálne lamináty existuje zodpovedajúci vzťah medzi lomovou húževnatosťou a rýchlosťou šírenia trhlín pri rovnakom vonkajšom zaťažení. Výhody a nevýhody rôznych postupností vrstvenia však nemožno zovšeobecňovať. Výhody navrhovania kompozitných materiálov by sa mali plne využiť podľa rôznych požiadaviek na použitie.
3. Vytvrdzovanie predimpregnovaného laminátu:
Po narezaní a riadnom naskladaní musí predimpregnovaný laminát vstúpiť do procesu pečenia a vytvrdzovania. Predimpregnovaný laminát sa umiestni do formy pri vopred stanovenej teplote a zahrieva sa pod tlakom. Forma na lisovanie za horúca sa uzavrie a vrstvený materiál lisovaním za tepla postupne tuhne a dosahuje určitý stupeň stuhnutia. Forma sa otvorí a je vytiahnutá z horúcej lisovacej formy pomocou ťažného zariadenia, čím sa dokončí proces tuhnutia.
Počas celého procesu vytvrdzovania by sa čas vytvrdzovania a teplota mali postupne upravovať podľa požiadaviek na výkon dosky. Rôzne teploty a časy ohrevu budú mať vplyv na materiálové vlastnosti dosiek z uhlíkových vlákien. V skutočnom výrobnom procese, pri zachovaní rozmerovej stability počas fázy po vytvrdzovaní dielov, by sa čas fázy lisovania za tepla mal čo najviac skrátiť.
Tradičná výroba využíva technológiu lisovania na výrobu dosiek z uhlíkových vlákien, zatiaľ čo všetky dosky z uhlíkových vlákien vyrábané spoločnosťou Yingteli New Materials Company sa vyrábajú pomocou technológie lisovania za tepla. V porovnaní s technológiou lisovania má tento proces lepšiu stabilitu produktu, povrchovú úpravu, toleranciu hrúbky a ďalšie aspekty, čo zabezpečuje vysokú kvalitu produktu.
4. Dodatočné spracovanie plechu:
Po vytvrdnutí a tvarovaní sa doska z uhlíkových vlákien musí podrobiť následnému spracovaniu, ako je rezanie a vŕtanie pre požiadavky na presnosť alebo montáž. Pri rovnakých parametroch rezného procesu, hĺbke rezu a iných podmienkach môže mať výber rôznych materiálov, veľkostí a tvarov rezných nástrojov a vrtákov za následok výrazné rozdiely v účinnosti. Zároveň také faktory ako sila, smer, čas a teplota rezných nástrojov a vrtákov môžu ovplyvniť výsledky obrábania.
V procese následného spracovania je vhodné zvoliť ostré nástroje s diamantovým povlakom a vrtáky z pevnej tvrdej zliatiny. Odolnosť samotných nástrojov a vrtákov proti opotrebovaniu určuje kvalitu spracovania a životnosť nástrojov. Ak rezné nástroje a vrtáky nie sú dostatočne ostré alebo sa používajú nesprávne, nielenže to urýchli opotrebovanie a zvýši náklady na spracovanie výrobku, ale spôsobí aj poškodenie dosky, čo ovplyvní tvar a veľkosť dosky, ako aj stabilita rozmerov otvorov, drážok a iných častí spracovania na doske. V závažných prípadoch môže spôsobiť vrstvené trhanie alebo dokonca blokovanie kolapsu materiálu, čo má za následok zošrotovanie celej dosky.
Pri vŕtaní dosiek z uhlíkových vlákien platí, že čím vyššia je rýchlosť otáčania, tým lepší je účinok. Pokiaľ ide o výber vrtákov, jedinečný dizajn hrotu vrtáka s čelnou čepeľou PCD8 je vhodnejší pre dosky z uhlíkových vlákien, ktoré môžu lepšie preniknúť do dosiek z uhlíkových vlákien a znížiť riziko delaminácie.
5. Rezanie laserom
Po vyformovaní dosky z uhlíkových vlákien do jednorazovej integrálnej štruktúry je často potrebné ju spracovať rezaním a inými spôsobmi obrábania pre požiadavky na montáž. Tradičné metódy obrábania zahŕňajú sústruženie, frézovanie, brúsenie, vŕtanie a iné metódy mechanického spracovania. Doska z uhlíkových vlákien má vysokú pevnosť a krehkosť. Ak sa tradičná metóda mechanického spracovania použije nesprávne, urýchli sa opotrebovanie nástroja, zvýšia sa náklady a ľahko dôjde k zlomeniu materiálu, deformácii atď. Najmä pri vŕtaní malých otvorov do dosky z uhlíkových vlákien je pravdepodobnejšie, že spôsobí zlé spracovanie materiálu alebo dokonca šrot. Laserové rezanie je bezkontaktná metóda spracovania, ktorá dokáže efektívne vyriešiť problémy, ktoré sa vyskytujú pri spracovaní dosiek z uhlíkových vlákien.
Preventívne opatrenia pre rezanie laserom:
Doska z uhlíkových vlákien obsahuje veľké množstvo živice a počas procesu rezania sa vytvorí veľké množstvo toxických plynov a pachov. Obsluha by preto mala používať profesionálne ochranné nástroje a rezacie zariadenie by malo venovať pozornosť vetraniu a odsávaniu.
Jednorežimový kvázi kontinuálny laser má vysoký špičkový výkon, lepšiu kvalitu lúča a vyššiu hustotu výkonu. Má menšiu tepelne ovplyvnenú plochu na rezanie dosiek z uhlíkových vlákien, je menej náchylný na otrepy a lemovanie, neláme ani nedeformuje materiál a je menej náchylný na oxidáciu. Kvalita rezu je lepšia ako u kontinuálneho lasera, čo z neho robí ideálnu voľbu na spracovanie dosiek z uhlíkových vlákien.
Oblasti použitia dosky z uhlíkových vlákien
Dobre vyrobené dosky z uhlíkových vlákien majú jasné vzory, hladké povrchy, zrkadlový jas a malé tolerancie hrúbky. Majú výhody, ako je vysoká pevnosť, nízka hmotnosť, odolnosť proti korózii a malé odchýlky pri veľkých teplotných rozdieloch. Preto môžu byť široko používané v rôznych vysokopevnostných konštrukčných komponentoch, ktoré vyžadujú zníženie hmotnosti. Nasledujúce sú v súčasnosti najvyspelejšie a najpoužívanejšie polia.
1. Plášť dronu
Podvozok dronu je nosičom celého letového systému a hlavné komponenty ako riadenie letu a GPS je potrebné zabaliť a chrániť plášťom tela. Použitie vysoko pevných a ľahkých materiálov, ako sú dosky z uhlíkových vlákien, môže pomôcť zlepšiť spoľahlivosť a presnosť výkonu dronu. Telo vyrobené z uhlíkových vlákien je ľahké, ale jeho pevnosť v ťahu môže dosiahnuť viac ako 10-krát vyššiu pevnosť ako obyčajná oceľ. Má vynikajúcu odolnosť proti tečeniu a seizmickú odolnosť, ako aj dobrú trvanlivosť a odolnosť proti korózii. Má tiež určitú toleranciu voči kyselinám, zásadám, soli a atmosférickej korózii, čo môže účinne predĺžiť životnosť bezpilotných lietadiel. Má vlastnosti dobrej rovinnosti, vysokého lesku povrchu a krásneho vzhľadu. V súčasnosti začali tento materiál vo veľkom využívať špičkové drony.
2. Lekárska CT posteľná doska
Okrem vynikajúcich mechanických vlastností sa kompozitné materiály z uhlíkových vlákien vyznačujú aj vysokou priepustnosťou röntgenového žiarenia a nízkymi stratami pri výrobe dosiek z uhlíkových vlákien. Röntgenová priepustnosť dosiek z uhlíkových vlákien vyrobených spoločnosťou Yingteli New Materials Company môže dosiahnuť 98%, ale spotreba rozptylu a absorpcie je iba 2% a celková strata je menšia ako 1/5 hliníka. Po rôznych výkonnostných testoch boli široko používané v lekárskych CT posteľných obliečkach. Okrem toho je jeho hustota veľmi nízka, iba 1,5 g/cm3, a jeho použitie je ľahké, vďaka čomu sa široko používa v rôznych zdravotníckych pomôckach, ako sú dosky na CT postele a podnosy na prsia. Dosky z uhlíkových vlákien používané pre zdravotnícke pomôcky však majú veľmi vysoké požiadavky na kvalitu a rôzne ukazovatele. Ak si vezmeme ako príklad lekársku dosku z uhlíkových vlákien prispôsobenú spoločnosťou Shandong Yingteli New Materials Co., Ltd. pre známeho výrobcu zdravotníckych pomôcok v Číne, táto doska z uhlíkových vlákien vyžaduje jasné a elegantné vzory uhlíkových vlákien, žiadne chaotické vzory a hladký povrch. povrch a dokonca aj malé nečistoty, biele škvrny, škrabance, jamky a dierky, ktoré neprejdú kolaudáciou. Tolerancia hrúbky by sa mala udržiavať v rozmedzí ± 0,05 mm a rovinnosť dosky by mala spĺňať príslušné medzinárodné normy. Preto, aby sa zabezpečila kvalita, všetky výrobné procesy tohto typu dosiek sa musia vykonávať v čistej miestnosti a vyžadujú použitie technológie horúcej lisovacej nádrže. Každý proces musí prejsť prísnou kontrolou, aby finálny produkt mohol spĺňať normy pre použitie vysoko presných radiačných zariadení.
3. Priemyselné komponenty
Pretože plech z uhlíkových vlákien má spracovateľnosť, môže byť spracovaný do rôznych tvarov rovných plôch podľa výkresov a na plechu môžu byť vytvorené rôzne otvory a drážky pre jednoduchú kombináciu s inými komponentmi. Preto ho používajú mnohé vysoko presné stroje na nahradenie kovových materiálov pri výrobe dielov. Mechanické komponenty vyrobené z dosiek z uhlíkových vlákien sa vyznačujú nízkou hmotnosťou, vysokou pevnosťou a odolnosťou proti opotrebovaniu. Podľa mechanických potrieb je možné prispôsobiť a vybrať aj špecifické vlastnosti, ako je spomaľovač horenia, húževnatosť a nevodivosť.
Výhody a nevýhody vystuženia dosiek z uhlíkových vlákien:
Panel vystužený uhlíkovými vláknami je materiál používaný na vystuženie konštrukcií, typicky v oblastiach ako stavebníctvo, stavebné inžinierstvo, výroba automobilov a letectvo. Tu sú niektoré z hlavných výhod a nevýhod panelov vystužených uhlíkovými vláknami:
Výhoda:
1. Vysoká pevnosť a nízka hmotnosť: Panely vystužené uhlíkovými vláknami majú vynikajúcu pevnosť a tuhosť, pričom sú veľmi ľahké, čo z nich robí ideálnu voľbu na vystuženie konštrukcie. Zvyčajne sú oveľa ľahšie ako tradičná oceľ a môžu poskytnúť značnú pevnosť.
2. Odolnosť proti korózii: Panely vystužené uhlíkovými vláknami nehrdzavejú ani nekorodujú, vďaka čomu fungujú dobre vo vlhkom alebo korozívnom prostredí. To je jasná výhoda v porovnaní s kovovými výstužnými materiálmi.
3. Jednoduchá inštalácia: Inštalácia panelov vystužených uhlíkovými vláknami je zvyčajne jednoduchšia a rýchlejšia ako tradičné metódy vystuženia konštrukcie. Môžu byť ľahko prispôsobené a prispôsobené rôznym štrukturálnym tvarom.
4. Skráťte čas výstavby: Vďaka rýchlej inštalácii panelov vystužených uhlíkovými vláknami je možné výrazne skrátiť čas výstavby, čím sa znížia celkové náklady na projekt.
Nevýhody:
1. Vysoké náklady: Panely vystužené uhlíkovými vláknami sú zvyčajne drahšie ako niektoré tradičné konštrukčné výstužné materiály (napríklad oceľ), čo môže zvýšiť celkové náklady na projekt.
2. Krehkosť: Hoci dosky vystužené uhlíkovými vláknami sú veľmi silné, môžu vykazovať krehkosť, keď sú vystavené nárazu alebo ohýbaniu, na rozdiel od niektorých kovových materiálov, ktoré majú ťažnosť.
3. Kľúč ku kvalite lepenia: Panely vystužené uhlíkovými vláknami zvyčajne vyžadujú použitie špeciálnych lepidiel alebo spojovacích činidiel na ich spojenie s povrchom konštrukcie. To znamená, že kvalita spojenia je rozhodujúca pre účinok výstuže a nevhodné spojenie môže viesť k slabému vystuženiu konštrukcie.
4. Vplyv na životné prostredie: Hoci samotné uhlíkové vlákno je obnoviteľný materiál, jeho výrobný proces zahŕňa vysokoteplotné spracovanie a škodlivé chemikálie, ktoré môžu mať určitý vplyv na životné prostredie. Okrem toho likvidácia vyradených panelov vystužených uhlíkovými vláknami môže mať aj environmentálne problémy.
Celkovo majú panely vystužené uhlíkovými vláknami mnoho výhod v oblasti štrukturálneho vystuženia, no sú tu aj niektoré nevýhody. Voľba, či použiť panely vystužené uhlíkovými vláknami, by sa mala určiť na základe konkrétnych požiadaviek projektu a rozpočtu.