เปิดเผยถึงกำเนิดผลิตภัณฑ์คาร์บอนไฟเบอร์ แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ ท่อคาร์บอนไฟเบอร์ ชิ้นส่วนรูปทรงต่างๆ ทำอย่างไร

สายใยคาร์บอน ผลิตภัณฑ์ , ด้วยคุณสมบัติเด่นในด้านน้ำหนักเบาและมีความแข็งแรงสูง จึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในหลายสถานการณ์ เช่น ส่วนประกอบของเครื่องบินในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ โครงสร้างตัวถังรถยนต์ และอุปกรณ์ระดับไฮเอนด์สำหรับกีฬา แล้วพวกมันจะเปลี่ยนจากวัสดุพื้นฐานไปเป็นผลิตภัณฑ์ที่ใช้งานได้จริงอย่างไรทีละขั้นตอน? ต่อไปนี้คือคำแนะนำโดยละเอียดเกี่ยวกับประเด็นสำคัญในการผลิตแผ่นคาร์บอน ท่อคาร์บอน และชิ้นส่วนรูปร่างพิเศษจากไฟเบอร์คาร์บอน

การเตรียมวัตถุดิบ

วัตถุดิบหลักของ ผลิตภัณฑ์คาร์บอนไฟเบอร์ ได้แก่ เส้นใยคาร์บอนและวัสดุแมทริกซ์ เส้นใยคาร์บอนผลิตจากเส้นใยอินทรีย์ เช่น โพลีอะคริโลไนไตรล์ ซึ่งผ่านกระบวนการคาร์บอไนเซชันที่อุณหภูมิสูง มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเพียงไม่กี่ไมครอน บางกว่าเส้นผมมาก แต่มีความแข็งแรงมากกว่าเหล็กทั่วไป เส้นใยคาร์บอนเหล่านี้มักถูกแปรรูปเป็นผ้าคาร์บอนหรือเส้นด้ายคาร์บอน เพื่อให้สะดวกต่อการดำเนินงานขั้นตอนการขึ้นรูปต่อไป

วัสดุแมทริกซ์ส่วนใหญ่เป็นเรซินอีพ็อกซี่และวัสดุโพลิเมอร์อื่น ๆ ซึ่งมีบทบาทสำคัญไม่เพียงแต่ช่วยยึดเส้นใยคาร์บอนให้อยู่ด้วยกัน แต่ยังทำหน้าที่ถ่ายเทพลังงานความเครียด และในเวลาเดียวกันก็ช่วยป้องกันเส้นใยคาร์บอนจากการถูกทำลายจากสภาพแวดล้อมภายนอก เช่น ความชื้น สารกัดกร่อน หรือปัจจัยอื่น ๆ ก่อนการผลิต จะมีการเลือกเส้นใยคาร์บอนและวัสดุแมทริกซ์ที่มีข้อกำหนดเหมาะสมตามข้อกำหนดด้านสมรรถนะของผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกัน และดำเนินการตรวจสอบคุณภาพอย่างเข้มงวด เพื่อให้มั่นใจว่าวัสดุต้นทางมีคุณภาพตรงตามมาตรฐานการผลิต

แผ่นคาร์บอน (ขึ้นรูปแบบชั้น)

แผ่นคาร์บอนส่วนใหญ่ผลิตโดยกระบวนการขึ้นรูปแบบชั้น ซึ่งมักใช้สำหรับผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ เช่น สกีและกรอบไม้แบดมินตัน

ขั้นตอนแรก ตัดตามข้อกำหนดการออกแบบ พริกเพรกใยคาร์บอน , เรซินพรีอิมเพรกรีตถูกอัดแน่นล่วงหน้าด้วยวัสดุพื้นฐานของผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ โดยความคลาดเคลื่อนในการตัดจะต้องควบคุมให้อยู่ภายใน 0.1 มม. เพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำของขนาดผลิตภัณฑ์ในขั้นตอนถัดไป

หลังจากนั้น เรซินพรีอิมเพรกรีตที่ถูกตัดแล้วจะถูกลaminated ในทิศทางและลำดับที่กำหนดไว้ การเรียงชั้นแบบเดี่ยว (Unidirectional stacking) จะทำให้แผ่นคาร์บอนมีความแข็งแรงสูงในทิศทางเดียว ซึ่งเหมาะสำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างที่ต้องรับแรงในทิศทางเดียว ในขณะที่การเรียงชั้นไขว้ (cross-stacking) จะทำให้แผ่นคาร์บอนมีสมรรถนะที่ดีในหลายทิศทาง เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่มีสภาพแรงซับซ้อน

หลังจากนั้น เรซินพรีอิมเพรกรีตที่จัดเรียงแล้วจะถูกใส่ลงในแม่พิมพ์และใช้แรงดัน 5-10 เมกกะปาสกาล เพื่อให้เรซินพรีอิมเพรกรีตแนบสนิทกับรูปร่างของแม่พิมพ์ จากนั้นนำแม่พิมพ์เข้าเตาอัดร้อนหรือเตาอบ และให้ความร้อนเพื่อทำให้วัสดุแข็งตัวที่อุณหภูมิ $120-180^{\circ} C$ เป็นเวลา 2-4 ชั่วโมง

หลังจากกระบวนการบ่มเสร็จสมบูรณ์ แผ่นคาร์บอนจะถูกนำออกจากแม่พิมพ์ จากนั้นจะดำเนินการประมวลผลต่อไป เช่น การขัดและการตัด เพื่อให้ได้มาตรฐานการใช้งาน

ท่อคาร์บอน (การพันและขึ้นรูป)

ท่อคาร์บอนส่วนใหญ่ผลิตโดยกระบวนการพันและขึ้นรูป ซึ่งมักใช้สำหรับผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น กรอบโดรนและไม้กอล์ฟ

พารามิเตอร์การพันของเครื่องพันจะถูกออกแบบตามขนาดและความต้องการด้านประสิทธิภาพของท่อคาร์บอน โดยมุมการพันเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์สำคัญ เมื่อมุมการพันอยู่ที่ $\pm 45$ องศา ท่อคาร์บอนจะมีความต้านทานการบิดได้ดีขึ้น; ในขณะที่มุมการพันอยู่ที่ 0 องศา ความแข็งแรงในแนวแกนของท่อคาร์บอนจะสูงขึ้น

สายใยคาร์บอนถูกท่อเต็มไปด้วยวัสดุพื้นฐานผ่านอุปกรณ์ท่อ และหลังจากที่เส้นที่ท่อได้ถูกทํา มันถูกท่อบนกระดูกด้วยความยืดหยุ่น 5-15 Nm และความยืดหยุ่นควรถูกรักษาอย่างเท่าเทียมกันระหว่างกระบวนการท่อ เพื่อให้แน่ใจ

หลังจากการล่อท่อคาร์บอนที่มีมังกรใส่ในเตาอบการรักษาและรักษาที่ 100-150C เป็นเวลา 1-3 ชั่วโมง

เมื่อจบการรักษาแล้ว กล่องจะถอนออก วิธีการถอนกระบอกขึ้นอยู่กับวัสดุและรูปร่างของมัน บางส่วนสามารถถอนได้โดยตรง ในขณะที่บางส่วนจําเป็นต้องละลายและถอน และสุดท้ายท่อคาร์บอนถูกตัดและเคลือบเพื่อให้ความผิดพลาดมิติของมันสามารถควบคุมภายใน 0.05 มม.

ส่วนทรง ((การพิมพ์)

รูปทรงที่ซับซ้อนของชิ้นส่วนที่มีรูปร่างจากใยคาร์บอน, กระบวนการพิมพ์ที่ใช้กันทั่วไป, เช่นชิ้นส่วนรถยนต์, ส่วนเครื่องมือการแพทย์, เป็นต้น ส่วนใหญ่ถูกใช้ในกระบวนการนี้

อย่างแรกแล้ว ตามรูปร่างของส่วนที่ทรงรูปร่าง การออกแบบและผลิตของหม้อความละเอียดสูง ความหยาบของพื้นผิวของหม้อต้องควบคุมต่ํากว่า Ra0.8 เพราะความแม่นยําของหม้อมีผลต่อขนาดและความแม่นยําของรูปร่างของส่วนที่ทรงรูปร่างโดย

ตัดผ้าใยคาร์บอนหรือผ้าคลุมใยคาร์บอนให้มีขนาดที่เหมาะสมกับรูปร่างของหม้อ, สีวัสดุเมทริกซ์บนผิวของมันอย่างเท่าเทียมกันเพื่อให้แน่ใจว่าความหนาจะสอดคล้อง, แล้วใส่มันเข้าไปในหม้อ, แล้วนํา

วางหม้อเข้าไปในอุปกรณ์ทําความร้อน, การทําความร้อนและการรักษาความแข็งที่อุณหภูมิ 130-170 °C เป็นเวลา 3-6 ชั่วโมง, กระบวนการรักษาความแข็งต้องควบคุมอุณหภูมิและความดันอย่างเคร่งครัด, เพื่อหลีกเลี่ยงความบกพร่อง เช่น Bub

หลังจากการรักษาเสร็จสิ้น, ส่วนทรงออกมาจากหม้อและรักษาโดยการกําจัดขอบบินและการบดผิวเพื่อทําให้พวกเขาตอบสนองความต้องการในการใช้งาน.

เทคโนโลยีใหม่เกิดขึ้น

1.3 การพิมพ์แบบ 3D

เทคโนโลยีนี้สามารถผลิตผลิตแบบที่ซับซ้อนของผลิตภัณฑ์ใยคาร์บอนโดยตรง โดยลดวงจรการพัฒนาผลิตภัณฑ์ให้น้อยลงมาก แต่ยังสามารถปรับแต่งตามความต้องการของผู้ใช้ได้ อย่างไรก็ตาม ปัจจุบัน การพิมพ์ 3D ผลิตจากผลิตภัณฑ์ใยคาร์บอน ในคุณสมบัติกลของผลิตภัณฑ์กระบวนการประเพณียังมีช่องว่างบางอย่าง และค่าใช้จ่ายค่อนข้างสูง ด้านเหล่านี้ต้องปรับปรุงเพิ่มเติม

2. การใช้ เทคโนโลยี RTM

นั่นคือเทคโนโลยีการขึ้นรูปด้วยการถ่ายเทเรซิน ซึ่งนำวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ที่ใช้เสริมแรงใส่ลงในแม่พิมพ์ จากนั้นจึงฉีดเรซินเข้าไปในแม่พิมพ์ เพื่อให้เรซินซึมผ่านวัสดุเสริมแรงและเกิดการแข็งตัวเป็นรูปร่าง เทคโนโลยีนี้มีข้อดี เช่น ประสิทธิภาพในการขึ้นรูปสูง คุณภาพผลิตภัณฑ์คงที่ มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมต่ำ เป็นต้น จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์คาร์บอนไฟเบอร์ที่มีรูปร่างซับซ้อนในปริมาณมาก

การทดสอบคุณภาพ: มั่นใจในคุณภาพของผลิตภัณฑ์ทุกชิ้น

หลังจากผลิตผลิตภัณฑ์คาร์บอนไฟเบอร์แล้ว จะต้องผ่านการทดสอบคุณภาพอย่างเข้มงวดก่อนออกสู่ตลาด รายการทดสอบประกอบด้วยความแม่นยำของขนาด คุณภาพภายนอก และคุณสมบัติทางกล

การทดสอบความแม่นยำของมิติสามารถใช้เวอร์เนียร์คาลิเปอร์ เครื่องฉายภาพ และเครื่องมืออื่นๆ ได้ ส่วนผลิตภัณฑ์ที่ต้องการความแม่นยำสูงจะใช้เครื่องวัดพิกัดสามมิติ (CMM) การทดสอบคุณภาพผิวพรรณมีจุดประสงค์หลักเพื่อตรวจสอบว่าพื้นผิวของผลิตภัณฑ์มีฟองอากาศ รอยแตก รอยบุ๋ม หรือข้อบกพร่องอื่น ๆ หรือไม่ โดยทั่วไปจะใช้วิธีการตรวจสอบด้วยสายตาและกล้องขยายร่วมกัน ส่วนการทดสอบคุณสมบัติทางกลจำเป็นต้องใช้เครื่องทดสอบแรงดึง เครื่องทดสอบแรงกระแทก และอุปกรณ์เฉพาะทางอื่น ๆ เพื่อทดสอบดัชนีต่าง ๆ เช่น ความแข็งแรง ความแข็งตัว และความเหนียว เพื่อให้มั่นใจว่าผลิตภัณฑ์สามารถตอบสนองต่อแรงที่ใช้งานจริงได้ การทดสอบสมรรถนะทางกลต้องใช้เครื่องทดสอบแรงดึงและอุปกรณ์เฉพาะทางอื่น ๆ เพื่อทดสอบดัชนีความแข็งแรง ความแข็งตัว ความเหนียว และอื่น ๆ เพื่อให้มั่นใจว่าผลิตภัณฑ์สามารถตอบสนองต่อแรงที่ใช้งานจริงได้ เฉพาะผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการทดสอบทุกโครงการเท่านั้นจึงจะได้รับอนุญาตให้เข้าสู่ตลาด

การทดสอบความแม่นยำของมิติสามารถใช้เวอร์เนียร์คาลิเปอร์ เครื่องฉายภาพ และเครื่องมืออื่นๆ ได้ ส่วนผลิตภัณฑ์ที่ต้องการความแม่นยำสูงจะใช้เครื่องวัดพิกัดสามมิติ (CMM) การทดสอบคุณภาพผิวพรรณคือการตรวจสอบโดยหลักว่าพื้นผิวของผลิตภัณฑ์มีฟองอากาศ รอยแตก รอยบุ๋ม หรือข้อบกพร่องอื่นๆ หรือไม่ โดยทั่วไปจะใช้วิธีการตรวจสอบด้วยสายตาและกล้องขยายร่วมกัน ส่วนการทดสอบคุณสมบัติทางกลจำเป็นต้องใช้เครื่องทดสอบแรงดึง เครื่องทดสอบแรงกระแทก และอุปกรณ์เฉพาะทางอื่นๆ เพื่อทดสอบดัชนีต่างๆ เช่น ความแข็งแรง ความแข็งตัว และความเหนียว เพื่อให้มั่นใจว่าผลิตภัณฑ์สามารถตอบสนองต่อแรงที่ใช้งานจริงได้ การทดสอบสมรรถนะทางกลต้องใช้เครื่องทดสอบแรงดึงและอุปกรณ์เฉพาะทางอื่นๆ เพื่อทดสอบดัชนีต่างๆ เช่น ความแข็งแรง ความแข็งตัว และความเหนียว เพื่อให้มั่นใจว่าผลิตภัณฑ์สามารถตอบสนองต่อแรงที่ใช้งานจริงได้ เฉพาะผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการทดสอบทุกโครงการเท่านั้นจึงจะได้รับอนุญาตให้เข้าสู่ตลาด