Αποκαλύψτε τη γέννηση των προϊόντων από άνθρακα, φύλλα από άνθρακα, σωλήνες άνθρακα, διαμορφωμένα εξαρτήματα και πώς γίνεται

Ίνες άνθρακα προϊόντα , με τα εξαιρετικά χαρακτηριστικά τους όσον αφορά το ελαφρύ βάρος και την υψηλή αντοχή, χρησιμοποιούνται ευρέως σε πολλά σενάρια, όπως σε εξαρτήματα αεροσκαφών στην αεροδιαστημική, δομές αμαξώματος σε αυτοκίνητα και εξοπλισμό υψηλής τεχνολογίας στον αθλητισμό. Πώς μετατρέπονται βήμα-βήμα από βασικά υλικά σε πρακτικά προϊόντα; Ακολουθεί μια λεπτομερής εισαγωγή στα βασικά σημεία για την κατασκευή πλακών άνθρακα, σωλήνων άνθρακα και εξαρτημάτων από ίνες άνθρακα.

Παρασκευή Πρώτων Υλών

Τα βασικά πρώτα υλικά των προϊόντα Από Άνθρακα Ίνα περιλαμβάνουν νήματα ινών άνθρακα και υλικά μήτρας. Οι ίνες άνθρακα κατασκευάζονται από οργανικές ίνες, όπως το πολυακρυλονιτρίλιο, οι οποίες υφίστανται άνθρακα σε υψηλές θερμοκρασίες. Έχουν διάμετρο μόλις μερικών μικρομέτρων, πολύ λεπτότερες από μια τρίχα, αλλά πολύ πιο ανθεκτικές από το συνηθισμένο χάλυβα. Αυτές οι ίνες άνθρακα συνήθως επεξεργάζονται σε ύφασμα ή νήμα ινών άνθρακα για να διευκολυνθεί η επόμενη διαμόρφωση.

Το υλικό μήτρας αποτελείται κυρίως από εποξειδική ρητίνη και άλλα πολυμερή υλικά, τα οποία διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο, καθώς όχι μόνο συγκολλούν τις ίνες άνθρακα μεταξύ τους, αλλά επίσης μεταφέρουν τις τάσεις και παρέχουν προστασία στις ίνες άνθρακα, ώστε να προστατεύονται από την υγρασία, διαβρωτικές ουσίες και άλλες εξωτερικές επιδράσεις. Πριν από την παραγωγή, επιλέγονται ίνες άνθρακα και υλικά μήτρας κατάλληλων προδιαγραφών βάσει των απαιτήσεων απόδοσης των διαφορετικών προϊόντων, ενώ πραγματοποιείται αυστηρός έλεγχος ποιότητας για να διασφαλιστεί ότι η ποιότητα των πρώτων υλών πληροί τα πρότυπα παραγωγής.

Φύλλο άνθρακα (στρωματοποίηση με έγχυση)

Τα φύλλα άνθρακα κατασκευάζονται κυρίως με τη διαδικασία στρωματοποίησης με έγχυση, η οποία χρησιμοποιείται συχνά για προϊόντα όπως χιονοπέδιλα και πλαίσια ρακέτας μπαντμίντον.

Πρώτον, σύμφωνα με τις απαιτήσεις σχεδίασης, πραγματοποιείται κοπή προεπιμερισμένα από ανθρακονήματα , το prepreg είναι προ-εμποτισμένο με το βασικό υλικό της κάθετης ίνας άνθρακα, και το σφάλμα κοπής πρέπει να ελέγχεται εντός των 0,1 mm, προκειμένου να διασφαλιστεί η ακρίβεια διαστάσεων των επόμενων προϊόντων.

Τα κομμένα prepregs στη συνέχεια επιστρώνονται με συγκεκριμένη κατεύθυνση και σειρά. Η μονόδρομη διάταξη παρέχει στο φύλλο άνθρακα υψηλή αντοχή σε μία κατεύθυνση, γεγονός κατάλληλο για δομικά εξαρτήματα που πρέπει να αντέχουν μονόδρομες δυνάμεις, ενώ η διασταυρωμένη διάταξη παρέχει στο φύλλο άνθρακα καλή απόδοση σε πολλαπλές κατευθύνσεις, γεγονός κατάλληλο για εξαρτήματα με πολύπλοκες συνθήκες φόρτισης.

Μετά τούτο, τα επιστρωμένα prepregs τοποθετούνται σε καλούπια και εφαρμόζεται πίεση 5-10 MPa, ώστε τα prepregs να προσαρμόζονται στενά στο σχήμα των καλουπιών, και στη συνέχεια τα καλούπια τοποθετούνται σε δεξαμενές θερμής πίεσης ή φούρνους και θερμαίνονται και σκληραίνουν σε θερμοκρασία $120-180^{\circ} C$ για 2-4 ώρες.

Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας σκλήρυνσης, η άνθρακα πλάκα αφαιρείται από το καλούπι, και εκτελούνται επόμενες επεξεργασίες όπως γυάλισμα και κοπή, ώστε να φτάσει στο απαιτούμενο επίπεδο χρήσης.

Σωλήνες άνθρακα (τύλιξη και μόρφωση)

Οι σωλήνες άνθρακα κατασκευάζονται κυρίως με τη διαδικασία τύλιξης και μόρφωσης, η οποία χρησιμοποιείται συχνά για προϊόντα όπως πλαίσια drone και ρακέτες γκολφ.

Οι παράμετροι τύλιξης της μηχανής τύλιξης σχεδιάζονται βάσει του μεγέθους και των απαιτήσεων απόδοσης του σωλήνα άνθρακα, με τη γωνία τύλιξης να αποτελεί μία από τις βασικές παραμέτρους. Όταν η γωνία τύλιξης είναι $\pm 45$ μοίρες, η αντίσταση σε στρέψη του σωλήνα άνθρακα είναι καλύτερη· όταν η γωνία τύλιξης είναι 0 μοίρες, η αξονική αντοχή του σωλήνα άνθρακα είναι υψηλότερη.

Το νήμα από ίνες άνθρακα εμποτίζεται πλήρως με το βασικό υλικό μέσω της συσκευής εμποτισμού, και αφού δημιουργηθεί το εμποτισμένο νήμα, τυλίγεται στο μανδρίλι με τάση 5-15 Nm, και η τάση πρέπει να διατηρείται ομοιόμορφα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας τύλιξης, ώστε να εξασφαλιστεί η σταθερή ποιότητα του σωλήνα από ίνες άνθρακα.

Μετά την τύλιξη, ο σωλήνας από ίνες άνθρακα με το μανδρίλι τοποθετείται στον φούρνο σκλήρυνσης και σκληρύνεται σε θερμοκρασία 100-150°C για 1-3 ώρες.

Στο τέλος της σκλήρυνσης, αφαιρείται το μανδρίλι. Ο τρόπος αφαίρεσης του μανδριλιού εξαρτάται από το υλικό και το σχήμα του· μερικά μπορούν να αφαιρεθούν απευθείας, ενώ άλλα χρειάζεται να διαλυθούν και να αφαιρεθούν, και τελικά ο σωλήνας από ίνες άνθρακα καθαρίζεται και πολίριζεται, ώστε το διαστατικό σφάλμα να ελέγχεται εντός 0,05 mm.

Διαμορφωμένα εξαρτήματα (μόρφωση)

Σύνθετο σχήμα εξαρτημάτων από ίνες άνθρακα, συνήθως χρησιμοποιείται διαδικασία μόρφωσης, όπως αυτοκινητιστικά εξαρτήματα, εξαρτήματα ιατρικών συσκευών, κ.λπ., τα οποία χρησιμοποιούνται κυρίως σε αυτήν τη διαδικασία.

Πρώτον, σύμφωνα με το σχήμα των εξαρτημάτων που διαμορφώνονται, σχεδιάζονται και κατασκευάζονται εξαιρετικά ακριβή καλούπια, ενώ η τραχύτητα της επιφάνειας του καλουπιού πρέπει να ελέγχεται σε επίπεδο κάτω του Ra0,8, διότι η ακρίβεια του καλουπιού επηρεάζει άμεσα τη διάσταση και την ακρίβεια του σχήματος των εξαρτημάτων.

Κόψτε το ύφασμα από άνθρακα ή το ματ από άνθρακα στο μέγεθος που είναι κατάλληλο για το σχήμα του καλουπιού, βάψτε ομοιόμορφα το υλικό μήτρας στην επιφάνειά του για να διασφαλίσετε σταθερό πάχος, τοποθετήστε το στο καλούπι και ασκήστε πίεση 10-20 MPa μέσω του πιεστικού, ώστε το υλικό άνθρακα να προσκολληθεί πλήρως στην κοιλότητα του καλουπιού.

Τοποθετήστε το καλούπι στη συσκευή θέρμανσης, ζεσταίνοντας και σκληρύνοντας σε θερμοκρασία 130-170℃ για 3-6 ώρες, ενώ η διαδικασία σκλήρυνσης απαιτεί αυστηρό έλεγχο της θερμοκρασίας και της πίεσης, για να αποφευχθούν ελαττώματα όπως φυσαλίδες, ρωγμές και άλλα ελαττώματα στα διαμορφωμένα εξαρτήματα.

Μετά την ολοκλήρωση της σκλήρυνσης, τα διαμορφωμένα εξαρτήματα αφαιρούνται από τα καλούπια και υποβάλλονται σε επεξεργασία για την αφαίρεση περιττών ακμών και τρίψιμο των επιφανειών, ώστε να πληρούνται οι απαιτήσεις για χρήση.

Εξελισσόμενη Τεχνολογία

1. Εκτύπωση 3D

Η τεχνολογία αυτή μπορεί να κατασκευάζει απευθείας πολύπλοκα σχήματα προϊόντων από άνθρακα, μείωση κατά πολύ του κύκλου ανάπτυξης προϊόντων, αλλά και επίτευξη προσωποποιημένης προσαρμογής. Ωστόσο, προς το παρόν, τα προϊόντα από άνθρακα που παράγονται με εκτύπωση 3D παρουσιάζουν κάποια διαφορά στις μηχανικές ιδιότητες σε σχέση με τα προϊόντα της παραδοσιακής διαδικασίας, ενώ το κόστος είναι σχετικά υψηλό· αυτές οι πτυχές πρέπει να βελτιωθούν περαιτέρω.

2. Τεχνολογία RTM

Δηλαδή, η τεχνολογία μεταφοράς ρητίνης, εισάγει το ενισχυμένο υλικό από άνθρακα σε καλούπι, και στη συνέχεια εισάγει τη ρητίνη στο καλούπι, ώστε η ρητίνη να διαπεράσει το ενισχυμένο υλικό και να σκληρύνει μέσω του πολυμερισμού. Αυτή η τεχνολογία διαθέτει πλεονεκτήματα όπως υψηλή απόδοση διαμόρφωσης, σταθερή ποιότητα προϊόντος, χαμηλή ρύπανση του περιβάλλοντος, κ.λπ. Είναι ιδανική για τη μαζική παραγωγή προϊόντων από ίνες άνθρακα με πολύπλοκα σχήματα.

Έλεγχος ποιότητας: διασφαλίζοντας την ποιότητα κάθε προϊόντος

Μετά την παραγωγή των προϊόντων από ίνες άνθρακα, πρέπει να υποστούν αυστηρό έλεγχο ποιότητας πριν εισέλθουν στην αγορά. Τα αντικείμενα ελέγχου περιλαμβάνουν κυρίως τη διαστατική ακρίβεια, την εμφανή ποιότητα και τις μηχανικές ιδιότητες.

Η δοκιμή διαστατικής ακρίβειας μπορεί να χρησιμοποιήσει διαστημόμετρα, προβολείς και άλλα εργαλεία· για υψηλές απαιτήσεις ακρίβειας του προϊόντος, χρησιμοποιείται επίσης η CMM· η δοκιμή ποιότητας εμφάνισης έχει ως στόχο κυρίως τον έλεγχο της επιφάνειας του προϊόντος ως προς τυχόν φυσαλίδες, ρωγμές, εντοπισμός εντοπισμένων ελαττωμάτων κ.α., και γενικά χρησιμοποιείται συνδυασμός οπτικού ελέγχου και ελέγχου με φακό μεγέθυνσης· οι δοκιμές μηχανικών ιδιοτήτων πρέπει να πραγματοποιηθούν μέσω μηχανής εφελκυσμού, μηχανής κρούσης και άλλου εξειδικευμένου εξοπλισμού, προκειμένου να ελεγχθούν δείκτες όπως η αντοχή, η δυσκαμψία, η τάση κ.α., ώστε να διασφαλιστεί ότι το προϊόν μπορεί να πληροί τις απαιτήσεις της πραγματικής χρήσης υπό φόρτιση. Οι δοκιμές μηχανικών ιδιοτήτων απαιτούν τη χρήση μηχανών εφελκυσμού και άλλου εξειδικευμένου εξοπλισμού για τη δοκιμή της αντοχής, της δυσκαμψίας, της τάσης και άλλων δεικτών, ώστε να διασφαλιστεί ότι το προϊόν μπορεί να πληροί τις απαιτήσεις της πραγματικής χρήσης υπό φόρτιση. Μόνο τα προϊόντα που είναι επιτυχή σε όλες τις δοκιμές επιτρέπεται να εισέλθουν στην αγορά.

Η δοκιμή διαστατικής ακρίβειας μπορεί να χρησιμοποιήσει διαστημόμετρα, προβολείς και άλλα εργαλεία· για υψηλές απαιτήσεις ακρίβειας του προϊόντος, χρησιμοποιείται επίσης η CMM· η δοκιμή ποιότητας εμφάνισης έχει ως στόχο κυρίως τον έλεγχο της επιφάνειας του προϊόντος ως προς τυχόν φυσαλίδες, ρωγμές, εντοπισμό βαθουλώσεων και άλλων ελαττωμάτων, και γενικά χρησιμοποιείται συνδυασμός οπτικού ελέγχου και ελέγχου με φακό μεγέθυνσης· οι δοκιμές μηχανικών ιδιοτήτων πρέπει να πραγματοποιηθούν μέσω μηχανής εφελκυσμού, μηχανής κρούσης και άλλου εξειδικευμένου εξοπλισμού, προκειμένου να ελεγχθούν δείκτες όπως η αντοχή, η δυσκαμψία, η ολκιμότητα και άλλοι, ώστε να διασφαλιστεί ότι το προϊόν μπορεί να πληροί τις απαιτήσεις της πραγματικής χρήσης υπό φόρτιση. Οι δοκιμές μηχανικών χαρακτηριστικών απαιτούν τη χρήση μηχανών εφελκυσμού και άλλου εξειδικευμένου εξοπλισμού για τον έλεγχο της αντοχής, της δυσκαμψίας, της ολκιμότητας και άλλων δεικτών, ώστε να διασφαλιστεί ότι το προϊόν μπορεί να πληροί τις απαιτήσεις της πραγματικής χρήσης υπό φόρτιση. Μόνο τα προϊόντα που είναι επιτυχή σε όλες τις δοκιμές επιτρέπεται να εισέλθουν στην αγορά.