Kohlefaser ist ein Fasermaterial mit einem Kohlenstoffgehalt von über 95 %. Es verfügt über hervorragende mechanische, chemische, elektrische und weitere hervorragende Eigenschaften. Es ist der „König der neuen Materialien“ und ein strategisches Material, das in der militärischen und zivilen Entwicklung fehlt. Bekannt als „Schwarzes Gold“.
Die Produktionslinie für Kohlefasern ist wie folgt:
Wie wird die schlanke Kohlefaser hergestellt?
Die Technologie zur Herstellung von Kohlefasern hat sich weiterentwickelt und ist ausgereift. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Kohlefaserverbundwerkstoffen erfreuen sie sich in allen Bereichen zunehmender Beliebtheit, insbesondere aufgrund des starken Wachstums in der Luftfahrt, der Automobilindustrie, der Eisenbahn und der Windkraftanlagen. Die damit einhergehende treibende Wirkung auf die Entwicklung der Kohlefaserindustrie ist noch größer. Die Aussichten sind noch vielfältiger.
Die Carbonfaser-Produktionskette lässt sich in Upstream und Downstream unterteilen. Upstream bezeichnet üblicherweise die Produktion von Carbonfaser-spezifischen Materialien; Downstream bezeichnet üblicherweise die Produktion von Carbonfaser-Anwendungskomponenten. Unternehmen zwischen Upstream und Downstream können sich als Ausrüster im Carbonfaser-Produktionsprozess vorstellen. Wie in der Abbildung dargestellt:
Der gesamte Prozess von der Rohseide bis zur Carbonfaser in der vorgelagerten Kette der Carbonfaserindustrie durchläuft Prozesse wie Oxidationsöfen, Karbonisierungsöfen, Graphitierungsöfen, Oberflächenbehandlung und Leimung. Die Faserstruktur wird von Carbonfasern dominiert.
Der vorgelagerte Bereich der Kohlenstofffaser-Industriekette gehört zur petrochemischen Industrie, und Acrylnitril wird hauptsächlich durch Rohölraffination, Cracken, Ammoniakoxidation usw. gewonnen; Polyacrylnitril-Vorläuferfasern, Kohlenstofffasern werden durch Voroxidation und Karbonisierung der Vorläuferfasern gewonnen, und Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffe werden durch die Verarbeitung von Kohlenstofffasern und hochwertigem Harz gewonnen, um den Anwendungsanforderungen gerecht zu werden.
Der Produktionsprozess von Kohlefasern umfasst hauptsächlich das Ziehen, Entwerfen, Stabilisieren, Karbonisieren und Graphitieren. Wie in der Abbildung gezeigt:
Zeichnung:Dies ist der erste Schritt im Produktionsprozess von Kohlefasern. Dabei werden die Rohstoffe in Fasern zerlegt, was eine physikalische Veränderung darstellt. Dabei kommt es zum Stoff- und Wärmeaustausch zwischen Spinnflüssigkeit und Koagulationsflüssigkeit und schließlich zur PAN-Fällung. Die Filamente bilden eine Gelstruktur.
Abfassung:erfordert eine Temperatur von 100 bis 300 Grad, um in Verbindung mit dem Dehnungseffekt der orientierten Fasern zu wirken. Es ist auch ein wichtiger Schritt für den hohen Modul, die hohe Verstärkung, die Verdichtung und die Verfeinerung von PAN-Fasern.
Stabilität:Die thermoplastische lineare makromolekulare Kette von PAN wird durch Erhitzen und Oxidation bei 400 Grad in eine nicht-plastische, hitzebeständige trapezförmige Struktur umgewandelt, sodass sie bei hohen Temperaturen nicht schmilzt und nicht entflammbar ist, die Faserform beibehält und sich thermodynamisch in einem stabilen Zustand befindet.
Verkohlung:Dabei ist es notwendig, Nicht-Kohlenstoff-Elemente aus PAN bei einer Temperatur von 1.000 bis 2.000 Grad auszutreiben und schließlich Kohlenstofffasern mit einer turbostratischen Graphitstruktur mit einem Kohlenstoffgehalt von über 90 % zu erzeugen.
Graphitisierung: Um amorphe und turbostratische karbonisierte Materialien in dreidimensionale Graphitstrukturen umzuwandeln, ist eine Temperatur von 2.000 bis 3.000 Grad erforderlich. Dies ist die wichtigste technische Maßnahme zur Verbesserung des Moduls von Kohlenstofffasern.
Der detaillierte Herstellungsprozess von Kohlenstofffasern von der Rohseidenherstellung bis zum fertigen Produkt besteht darin, dass die PAN-Rohseide durch den vorherigen Rohseidenherstellungsprozess hergestellt wird. Nach dem Vorziehen durch die feuchte Hitze des Drahtvorschubs wird sie von der Ziehmaschine schrittweise in den Voroxidationsofen befördert. Nach dem Backen bei unterschiedlichen Gradiententemperaturen im Voroxidationsofen entstehen oxidierte Fasern, d. h. voroxidierte Fasern. Diese voroxidierten Fasern werden durch Durchlaufen von Mitteltemperatur- und Hochtemperatur-Karbonisierungsöfen zu Kohlenstofffasern geformt. Anschließend werden die Kohlenstofffasern einer abschließenden Oberflächenbehandlung, Kalibrierung, Trocknung und anderen Prozessen unterzogen, um Kohlenstofffaserprodukte zu erhalten. Der gesamte Prozess umfasst die kontinuierliche Drahtzufuhr und die präzise Steuerung. Schon kleine Probleme in irgendeinem Prozess beeinträchtigen die stabile Produktion und die Qualität des endgültigen Kohlenstofffaserprodukts. Die Kohlenstofffaserproduktion hat einen langen Prozessablauf, viele technische Schlüsselpunkte und hohe Produktionshürden. Sie ist eine Integration mehrerer Disziplinen und Technologien.
Oben geht es um die Herstellung von Kohlefaser. Schauen wir uns an, wie Kohlefasergewebe verwendet wird!
Verarbeitung von Carbonfasergewebeprodukten
1. Schneiden
Das Prepreg wird aus dem Kühlhaus bei minus 18 Grad entnommen. Nach dem Aufwachen erfolgt zunächst der präzise Zuschnitt des Materials gemäß Materialdiagramm auf der automatischen Schneidemaschine.
2. Pflasterung
Im zweiten Schritt wird das Prepreg auf das Legewerkzeug gelegt und je nach Designanforderungen verschiedene Schichten aufgetragen. Alle Prozesse werden mittels Laserpositionierung durchgeführt.
3. Formen
Über einen automatisierten Handhabungsroboter wird der Vorformling zum Formpressen an die Formmaschine gesendet.
4. Schneiden
Nach der Formgebung wird das Werkstück zur Schneidroboter-Arbeitsstation geschickt, wo im vierten Schritt geschnitten und entgratet wird, um die Maßgenauigkeit des Werkstücks sicherzustellen. Dieser Prozess kann auch CNC-gesteuert ausgeführt werden.
5. Reinigung
Im fünften Schritt wird an der Reinigungsstation eine Trockeneisreinigung durchgeführt, um das Trennmittel zu entfernen, was für den anschließenden Klebstoffauftragsprozess praktisch ist.
6. Kleber
Im sechsten Schritt wird an der Kleberoboterstation Strukturkleber aufgetragen. Klebeposition, Klebegeschwindigkeit und Klebeleistung werden präzise eingestellt. Ein Teil der Verbindung mit den Metallteilen wird an der Nietstation vernietet.
7. Montagekontrolle
Nach dem Auftragen des Klebers werden die Innen- und Außenplatten zusammengefügt. Nach dem Aushärten des Klebers wird eine Blaulichterkennung durchgeführt, um die Maßgenauigkeit von Schlüssellöchern, Punkten, Linien und Oberflächen sicherzustellen.
Kohlefaser ist schwieriger zu verarbeiten
Kohlefaser vereint die hohe Zugfestigkeit von Kohlenstoffmaterialien mit der weichen Verarbeitbarkeit von Fasern. Kohlefaser ist ein neues Material mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften. Nehmen wir Kohlefaser und herkömmlichen Stahl als Beispiel: Die Festigkeit von Kohlefaser liegt bei etwa 400 bis 800 MPa, während die Festigkeit von herkömmlichem Stahl bei 200 bis 500 MPa liegt. Hinsichtlich der Zähigkeit sind Kohlefaser und Stahl grundsätzlich ähnlich, es gibt keinen offensichtlichen Unterschied.
Kohlefaser zeichnet sich durch eine höhere Festigkeit und ein geringeres Gewicht aus und gilt daher als König der neuen Werkstoffe. Aufgrund dieses Vorteils treten bei der Verarbeitung von kohlenstofffaserverstärkten Verbundwerkstoffen (CFK) komplexe Wechselwirkungen zwischen Matrix und Fasern auf, wodurch sich ihre physikalischen Eigenschaften von denen von Metallen unterscheiden. Die Dichte von CFK ist deutlich geringer als die von Metallen, die Festigkeit jedoch höher als bei den meisten Metallen. Aufgrund der Inhomogenität von CFK kommt es bei der Verarbeitung häufig zu Faserausrissen oder einer Ablösung der Matrixfasern. CFK weist eine hohe Hitzebeständigkeit und Verschleißfestigkeit auf, was die Anforderungen an die Maschinen bei der Verarbeitung erhöht. Im Produktionsprozess entsteht daher große Menge an Schneidwärme, die den Verschleiß der Maschinen begünstigt.
Gleichzeitig werden mit der kontinuierlichen Erweiterung der Anwendungsgebiete die Anforderungen immer anspruchsvoller und die Anforderungen an die Materialeignung und die Qualitätsanforderungen an CFK immer strenger, was auch zu steigenden Verarbeitungskosten führt.
Verarbeitung von Carbonfaserplatten
Nach dem Aushärten und Formen der Kohlefaserplatte ist eine Nachbearbeitung wie Schneiden und Bohren erforderlich, um Präzisionsanforderungen oder Montageanforderungen zu erfüllen. Unter gleichen Bedingungen wie Schneidprozessparametern und Schnitttiefe hat die Auswahl von Werkzeugen und Bohrern aus unterschiedlichen Materialien, Größen und Formen sehr unterschiedliche Auswirkungen. Gleichzeitig beeinflussen Faktoren wie Stärke, Richtung, Zeit und Temperatur der Werkzeuge und Bohrer die Bearbeitungsergebnisse.
Wählen Sie für die Nachbearbeitung ein scharfes Werkzeug mit Diamantbeschichtung und einen Vollhartmetallbohrer. Die Verschleißfestigkeit von Werkzeug und Bohrer bestimmt die Bearbeitungsqualität und die Lebensdauer des Werkzeugs. Sind Werkzeug und Bohrer nicht scharf genug oder werden sie unsachgemäß verwendet, beschleunigt dies nicht nur den Verschleiß und erhöht die Bearbeitungskosten des Produkts, sondern beschädigt auch die Platte. Dies beeinträchtigt Form und Größe der Platte sowie die Stabilität der Löcher und Nuten. Dies kann zu schichtweisem Reißen des Materials oder sogar zum Blockkollaps führen, was zur Verschrottung der gesamten Platte führt.
Beim BohrenKohlenstofffaserplattenJe höher die Geschwindigkeit, desto besser die Wirkung. Bei der Auswahl der Bohrer eignet sich das einzigartige Bohrspitzendesign des PCD8-Stirnkantenbohrers besser für Kohlefaserplatten, da es Kohlefaserplatten besser durchdringen und das Risiko einer Delamination verringern kann.
Zum Schneiden dicker Carbonfaserplatten empfiehlt sich ein zweischneidiger Kompressionsfräser mit links- und rechtsverzahnter Schneide. Diese scharfe Schneide hat sowohl eine obere als auch eine untere Spiralspitze, um die axiale Kraft des Werkzeugs beim Schneiden auszugleichen. Dadurch wird die resultierende Schnittkraft auf die Innenseite des Materials geleitet, um stabile Schnittbedingungen zu gewährleisten und Materialablösungen zu vermeiden. Die rautenförmige Ober- und Unterseite des „Pineapple Edge“-Fräsers ermöglichen zudem das effektive Schneiden von Carbonfaserplatten. Die tiefe Spanfläche leitet durch den Spanabfluss während des Schneidvorgangs viel Schnittwärme ab und schont so die Carbonfaserplatteneigenschaften.
01 Endlos-Langfaser
Produkteigenschaften:Die häufigste Produktform der Kohlefaserhersteller, das Bündel, besteht aus Tausenden von Monofilamenten, die je nach Verdrillungsmethode in drei Typen unterteilt werden: NT (Never Twisted, ungedreht), UT (Untwisted, ungedreht), TT oder ST (Twisted, verdrillt), wobei NT die am häufigsten verwendete Kohlefaser ist.
Hauptanwendung:Wird hauptsächlich für Verbundwerkstoffe wie CFRP, CFRTP oder C/C-Verbundwerkstoffe verwendet und die Anwendungsgebiete umfassen Flugzeug-/Raumfahrtausrüstung, Sportartikel und Teile für Industrieausrüstung.
02 Stapelfasergarn
Produkteigenschaften:Kurzfasergarn, kurz gesagt, Garne, die aus kurzen Kohlenstofffasern, wie etwa Allzweck-Kohlenstofffasern auf Pechbasis, gesponnen werden, sind in der Regel Produkte in Form von Kurzfasern.
Hauptanwendungen:Wärmedämmstoffe, Gleitmaterialien, C/C-Verbundteile usw.
03 Kohlefasergewebe
Produkteigenschaften:Es besteht aus Endloskohlefaser oder Kohlefaser-Spinngarn. Je nach Webverfahren lassen sich Kohlefasergewebe in Gewebe, Gewirke und Vliesstoffe unterteilen. Derzeit handelt es sich bei Kohlefasergeweben meist um Gewebe.
Hauptanwendung:Dasselbe gilt für Endloskohlenstofffasern, die hauptsächlich in Verbundwerkstoffen wie CFRP, CFRTP oder C/C-Verbundwerkstoffen verwendet werden. Zu den Anwendungsbereichen zählen Flugzeug-/Raumfahrtausrüstung, Sportartikel und Teile für Industrieausrüstung.
04 Geflochtener Gürtel aus Kohlefaser
Produkteigenschaften:Es handelt sich um eine Art Kohlefasergewebe, das ebenfalls aus Endloskohlefasern oder Kohlefaser-Spinngarn gewebt ist.
Hauptanwendung:Wird hauptsächlich für Verstärkungsmaterialien auf Harzbasis verwendet, insbesondere für die Herstellung und Verarbeitung von Rohrprodukten.
05 Gehackte Kohlefaser
