섬유에서 제품으로 - 탄소 섬유에 대한 깊은 이해

탄소섬유에 대해 먼저 알아보기

탄소 섬유는 탄소 함량이 95% 이상인 섬유 소재입니다. 그것은 우수한 기계적, 화학적, 전기적 및 기타 우수한 특성을 가지고 있습니다. 군·민간 발전에 부족한 '신소재의 왕'이자 전략소재다. "블랙 골드"로 알려져 있습니다.

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어떻게 만들어지나요?

탄소 섬유 생산 공정 기술은 지금까지 발전하여 성숙했습니다. 탄소 섬유 복합 재료의 지속적인 개발로 모든 계층, 특히 항공, 자동차, 철도, 풍력 블레이드 등의 강력한 성장과 그 추진 역할, 탄소 섬유 산업의 발전에 의해 점점 더 많은 사랑을 받고 있습니다. . 전망은 더욱 넓습니다.

탄소 섬유 산업 체인은 상류와 하류로 나눌 수 있습니다. 업스트림은 일반적으로 탄소 섬유 특정 재료의 생산을 의미합니다. 다운스트림은 일반적으로 탄소 섬유 응용 프로그램 구성 요소의 생산을 나타냅니다. 업스트림과 다운스트림 사이에 있는 회사는 탄소 섬유 생산 공정의 장비 공급자로 생각할 수 있습니다. 그림과 같이:

탄소 섬유 산업 체인의 상류에서 생사에서 탄소 섬유에 이르는 전체 공정은 산화로, 탄화로, 흑연화로, 표면 처리, 사이징 및 기타 공정을 거쳐야합니다. 탄소 섬유가 지배하는 섬유 구조.

탄소 섬유 산업 체인의 상류는 석유 화학 산업에 속하며 주로 원유 정제, 분해, 암모니아 산화 및 기타 공정을 통해 아크릴로니트릴을 얻습니다. 탄소섬유 기업은 주로 아크릴로니트릴을 주성분으로 하는 원료를 중합하여 폴리아크릴로니트릴을 생성하고, 이를 방사하여 폴리아크릴로니트릴을 얻는다. 폴리아크릴로니트릴 전구체 섬유, 탄소 섬유는 전구체 섬유를 예비 산화 및 탄화하여 얻어지며, 탄소 섬유 복합 재료는 탄소 섬유와 고품질 수지를 응용 요구 사항에 맞게 가공하여 얻습니다.

탄소 섬유의 생산 공정은 주로 연신, 연신, 안정화, 탄화 및 흑연화를 포함합니다. 그림과 같이:

도면: 이것은 탄소 섬유 생산 공정의 첫 번째 단계입니다. 그것은 주로 원료를 섬유로 분리하는데, 이는 물리적 변화입니다. 이 과정에서 방사액과 응고액 사이의 물질전달과 열전달, 그리고 마지막으로 PAN 침전이 일어난다. 젤 구조를 형성하는 필라멘트.

드래프팅: 배향 섬유의 신축 효과와 함께 작동하려면 100~300도의 온도가 필요합니다. 또한 PAN 섬유의 고탄성률, 고강화성, 조밀화 및 미세화의 핵심 단계입니다.

안정성: 열가소성 PAN 선형 고분자 사슬은 400도에서 가열 및 산화 방법에 의해 비소성 내열성 사다리꼴 구조로 변형되어 고온에서 녹지 않고 불연성이며 섬유 모양을 유지합니다. , 그리고 열역학은 안정된 상태에 있습니다.

탄화: 1,{2}} ~ 2,{4}} 도의 온도에서 PAN의 비탄소 원소를 몰아내고 최종적으로 탄소 함량이 90% 이상 .

흑연화: 비정질 및 난층 탄화 물질을 3차원 흑연 구조로 변환하기 위해서는 2,{1}} ~ 3,{3}} 도의 온도가 필요하며, 이는 탄소 섬유의 모듈러스를 개선하기 위한 주요 기술 조치입니다. .

생사 생산 공정에서 완제품까지의 탄소 섬유의 상세한 공정은 PAN 생사를 이전의 생사 생산 공정으로 생산한다는 것입니다. 와이어 피더의 습열에 의해 Pre-drawing 후, 드로잉 머신에 의해 Pre-oxidation Furnace로 순차적으로 이송됩니다. 예비 산화로 그룹에서 다른 구배 온도에서 베이킹 된 후 산화 된 섬유, 즉 예비 산화 된 섬유가 형성됩니다. 예비 산화된 섬유는 중온 및 고온 탄화로를 통과한 후 탄소 섬유로 형성되고; 그런 다음 탄소 섬유는 최종 표면 처리, 사이징, 건조 및 기타 공정을 거쳐 탄소 섬유 제품을 얻습니다. . 연속 와이어 공급 및 정밀 제어의 전체 프로세스, 모든 프로세스의 약간의 문제는 최종 탄소 섬유 제품의 안정적인 생산과 품질에 영향을 미칩니다. 탄소 섬유 생산에는 긴 공정 흐름, 많은 기술 요점 및 높은 생산 장벽이 있습니다. 여러 분야와 기술의 통합입니다.

위의 내용은 탄소섬유의 제조방법입니다. 탄소섬유가 어떻게 사용되는지 한번 보시죠!

탄소 섬유 제품의 가공

1. 절단

프리프레그는 영하 18도의 냉장실에서 꺼냅니다. 각성 후 첫 번째 단계는 자동 절단기의 재료 도표에 따라 재료를 정확하게 절단하는 것입니다.

2. 포장

두 번째 단계는 배치 도구에 프리프레그를 놓고 설계 요구 사항에 따라 다른 층을 배치하는 것입니다. 모든 공정은 레이저 포지셔닝 하에서 수행됩니다.

3. 성형

자동화된 핸들링 로봇을 통해 프리폼은 압축 성형을 위해 성형기로 보내집니다.

4. 절단

성형 후 공작물은 공작물의 치수 정확도를 보장하기 위해 절단 및 디버링의 네 번째 단계를 위해 절단 로봇 워크스테이션으로 보내집니다. 이 프로세스는 CNC에서도 작동할 수 있습니다.

5. 청소

다섯 번째 단계는 세척 스테이션에서 드라이 아이스 세척을 수행하여 이형제를 제거하는 것이므로 후속 접착제 코팅 공정에 편리합니다.

6. 접착제

여섯 번째 단계는 접착 로봇 스테이션에 구조용 접착제를 적용하는 것입니다. 접착 위치, 접착 속도 및 접착 출력이 모두 정확하게 조정됩니다. 금속 부품과의 연결 부분은 리벳팅 스테이션에서 수행됩니다.

7. 조립 검사

접착제가 도포된 후 내부 및 외부 패널이 조립됩니다. 접착제가 경화된 후 핵심 구멍, 점, 선 및 표면의 치수 정확도를 보장하기 위해 청색광 감지가 수행됩니다.

탄소 섬유는 가공하기가 더 어렵습니다.

탄소섬유는 탄소재료의 강한 인장강도와 섬유의 부드러운 가공성을 모두 가지고 있다. 탄소 섬유는 기계적 특성이 우수한 신소재입니다.

탄소 섬유 CFRP의 강도는 유리 섬유 GFRP의 강도보다 훨씬 높습니다. 

탄소 섬유와 일반 강철을 예로 들어 이 두 사진을 비교하면 탄소 섬유의 강도는 약 400~800MPa이고 일반 강철의 강도는 200~500MPa입니다. 인성을 보면 탄소섬유와 강철은 기본적으로 비슷하며 뚜렷한 차이는 없습니다.

탄소 섬유는 강도가 높고 무게가 가볍기 때문에 탄소 섬유는 신소재의 왕이라고 할 수 있습니다. 이러한 장점 때문에 탄소섬유강화복합재(CFRP) 가공 시 매트릭스와 섬유는 복잡한 내부 상호작용을 하여 물리적 특성이 금속과 다릅니다. CFRP의 밀도는 금속보다 훨씬 작지만 강도는 대부분의 금속보다 큽니다. CFRP의 불균일성으로 인해 섬유 풀아웃 또는 매트릭스 섬유 분리가 가공 중에 자주 발생합니다. CFRP는 내열성과 내마모성이 높아 가공 중 장비에 대한 요구가 높아져 생산공정에서 다량의 절단열이 발생하여 장비 마모가 더욱 심각하다.

동시에 응용 분야의 지속적인 확장으로 요구 사항이 점점 더 섬세해지고 있으며 CFRP에 대한 재료의 적용 가능성 및 품질 요구 사항에 대한 요구 사항이 점점 더 엄격해지고 있으며 이로 인해 가공 비용도 발생합니다. 상승하다.

탄소 섬유판 가공

탄소섬유판을 경화 및 성형한 후 정밀 요구 사항이나 조립 요구 사항에 따라 절단 및 드릴링과 같은 후가공이 필요합니다. 절삭 공정 매개변수, 절삭 깊이 등의 동일한 조건에서 재료, 크기 및 모양이 다른 도구와 드릴을 선택하면 효과가 매우 다릅니다. 동시에 공구 및 드릴의 강도, 방향, 시간 및 온도와 같은 요소도 처리 결과에 영향을 미칩니다.

후 처리 과정에서 다이아몬드 코팅과 솔리드 초경 드릴 비트가 있는 날카로운 도구를 선택하십시오. 공구와 드릴 비트 자체의 내마모성은 공구의 가공 품질과 수명을 결정합니다. 도구와 드릴 비트가 충분히 날카롭지 않거나 부적절하게 사용되면 마모가 가속화되고 제품의 가공 비용이 증가할 뿐만 아니라 플레이트가 손상되어 플레이트의 모양과 크기에 영향을 미치고 판의 구멍과 홈 치수의 안정성. 재료의 층이 찢어지거나 블록이 무너져 전체 보드가 긁히게 됩니다.

탄소 섬유 시트를 드릴링할 때 속도가 빠를수록 효과가 더 좋습니다. 드릴 비트 선택에서 PCD8 페이스 에지 드릴 비트의 독특한 드릴 팁 디자인은 탄소 섬유 시트에 더 적합하여 탄소 섬유 시트에 더 잘 침투하고 박리 위험을 줄일 수 있습니다.

두꺼운 탄소 섬유 시트를 절단할 때 좌우 나선형 모서리 디자인의 양날 압축 밀링 커터를 사용하는 것이 좋습니다. 이 날카로운 절삭날에는 상단 및 하단 절삭 나선 팁이 모두 있어 절삭 중 공구의 축방향 힘의 균형을 위아래로 균형을 맞춥니다. , 결과 절삭력이 재료의 안쪽으로 향하도록 하여 안정적인 절단 조건을 얻고 재료 박리의 발생을 억제합니다. "Pineapple Edge" 라우터의 상단 및 하단 다이아몬드 모양 모서리 디자인은 탄소 섬유 시트를 효과적으로 절단할 수도 있습니다. 그것의 깊은 칩 플루트는 탄소 섬유의 손상을 피하기 위해 절단 과정에서 칩 배출을 통해 많은 양의 절단 열을 제거할 수 있습니다. 시트 속성.