Grundlig förståelse för bearbetning av kolfiberskivor och applikationsområden
Kolfiberkompositmaterial är konstruktionsmaterial gjorda genom att kombinera kolfibrer med matriser som harts, metall, keramik, etc. Kolfiberförstärkta epoxihartskompositmaterial har de högsta omfattande indikatorerna för specifik hållfasthet och specifik modul bland befintliga konstruktionsmaterial. I fält med stränga krav på densitet, styvhet, vikt, utmattningsegenskaper och i situationer där hög temperatur och kemisk stabilitet krävs, har kolfiberkompositmaterial betydande fördelar. Kolfiberskiva är en av de viktigaste applikationsformerna för kolfiberkompositmaterial, som används ofta i olika industrier och blir ett oersättligt nytt material.
Råmaterialet som används vid bearbetning av kolfiberark är kolfiberprepreg, som är uppdelat i 1k, 3k, 6k, 12k, etc. beroende på storleken på kolfiberbuntarna i prepreg. Vanligtvis används 3k vanligtvis och arkets ytstruktur kan delas in i slätväv och diagonalväv. Beroende på ytbehandlingseffekten kan den delas upp i blank och matt, och kan även skäras efter krav. De specifika bearbetningsprocedurerna inkluderar skärning, skiktning, härdning, skärning och efterbearbetning av råmaterial.
1. Skärning av prepreg:
Prepreg bör skäras efter längden och bredden på brädet, och tjockleken på prepreg bör bestämmas baserat på tjockleken på brädet. Konventionella plåttjocklekar inkluderar {{0}}.2mm, 0.5mm, 1.0mm, 1.5mm, 2.0mm, 3.{{13 }}mm, 5.0mm, 6.0mm, 10.0mm, 20mm, etc. Shandong Yingteli New Materials Co., Ltd. har många års rik erfarenhet av produktion av kolfiberskivor och kan anpassa kolfiberskivor av olika tjocklekar efter kundernas behov. Ju tjockare brädan är, desto fler lager av prepreg måste staplas. I allmänhet kräver en bräda med en tjocklek på 2 mm 10 lager prepreg. Företaget har introducerat den amerikanska GeBo automatiska skärmaskinen för initial bearbetning av prepreg, som bättre kontrollerar skärstorlek och kvalitet. Avancerad produktionsutrustning säkerställer produktkvalitet. Rimlig konstruktion måste utföras före kapning av prepreg och genom optimering av konstruktionen kan prepreg utnyttjas maximalt för att minska genereringen av kantmarginaler och lägre produktionskostnader.
2. Läggning av prepreg:
Bestäm läggningsriktningen och sekvensen för prepreg baserat på kraven på dragkraft, skjuvkraft och hållfasthet på skivan. Läggningsriktningen inkluderar 0 grader, 45 grader, 90 grader och -45 grader. I praktisk drift behöver läggningssekvensen väljas efter vilken typ av belastning den bär, för att maximera utnyttjandet av fiberns höga prestanda i axiell riktning.
Fiberläggningsriktningen bör ställas in i enlighet med lastens huvudriktning. I punktspänningstillståndet motsvarar läggningsskiktet med en vinkel på {{0}} grad normal spänning, läggningsskiktet med en vinkel på ± 45 grader motsvarar skjuvspänning och läggningsskiktet med en vinkel 90 grader används för att säkerställa tillräckligt positivt tryck i kompositmaterialdelens radiella riktning. Om belastningen som bärs av kompositmaterialskivan huvudsakligen är drag- och tryckbelastning, bör läggningsriktningen väljas i riktningen för drag- och tryckbelastning; Om belastningen som bärs av kompositmaterialkomponenter huvudsakligen är skjuvbelastning, bör skikten läggas i par i 45 grader och -45 grader; Om belastningssituationen som bärs av kompositmaterialdelar är komplex och inkluderar flera belastningar, bör skiktdesignen blandas i flera riktningar på 0 grader, ± 45 grader och 90 grader.
Sammanfattningsvis påverkar de olika skiktningssekvenserna inte bara den initiala belastningen, utbredningshastigheten och brottsegheten hos matrissprickor, utan har också en betydande inverkan på mättnaden och sprickdensiteten hos matrissprickor. Till exempel, för ortogonala laminat, finns det ett motsvarande förhållande mellan brottseghet och sprickutbredningshastighet under samma yttre belastning. Emellertid kan fördelarna och nackdelarna med olika skiktningssekvenser inte generaliseras. Designbarhetsfördelarna med kompositmaterial bör utnyttjas fullt ut enligt olika användningskrav.
3. Härdning av prepreg:
Efter skärning och ordnad stapling måste prepreg ingå i baknings- och härdningsprocessen. Prepregn placeras i en form vid en förutbestämd temperatur och upphettas under tryck. Varmpressformen stängs, och det laminerade materialet stelnar gradvis under varmpressning och når en viss stelningsgrad. Formen öppnas och dras bort från varmpressformen av en draganordning, vilket fullbordar stelningsprocessen.
Under hela härdningsprocessen bör härdningstiden och temperaturen justeras stegvis i enlighet med brädans prestandakrav. Olika temperaturer och uppvärmningstider kommer att påverka materialegenskaperna hos kolfiberskivor. I själva tillverkningsprocessen, samtidigt som dimensionsstabiliteten bibehålls under efterhärdningssteget av delarna, bör tiden för varmpressningssteget förkortas så mycket som möjligt.
Traditionell produktion använder formpressningsteknik för att producera kolfiberskivor, medan alla kolfiberskivor som produceras av Yingteli New Materials Company produceras med hjälp av varmpressningstankteknologi. Jämfört med formpressningsteknik har denna process bättre produktstabilitet, ytbehandling, tjocklekstolerans och andra aspekter, vilket säkerställer en stark produktkvalitet.
4. Efterbearbetning av plåt:
Efter härdning och formning måste kolfiberskivor genomgå efterbearbetning såsom skärning och borrning för precisionskrav eller monteringsbehov. Under samma skärprocessparametrar, skärdjup och andra förhållanden kan val av olika material, storlekar och former av skärverktyg och borrar resultera i betydande skillnader i effektivitet. Samtidigt kan faktorer som kraft, riktning, tid och temperatur hos skärverktygen och borrarna också påverka bearbetningsresultaten.
I efterbearbetningsprocessen är det lämpligt att välja vassa verktyg med diamantbeläggning och borrkronor gjorda av solid hårdlegering. Slitstyrkan hos själva verktygen och borrkronorna bestämmer kvaliteten på bearbetningen och verktygens livslängd. Om skärverktygen och borrarna inte är tillräckligt vassa eller används felaktigt, kommer det inte bara att påskynda slitaget och öka bearbetningskostnaderna för produkten, utan också orsaka skador på skivan, vilket påverkar formen och storleken på skivan, såväl som stabiliteten hos dimensionerna för hålen, spåren och andra bearbetningsdelar på brädet. I svåra fall kan det orsaka att materialet rivs i lager eller till och med blockera kollaps av materialet, vilket resulterar i att hela brädan skrotas.
Vid borrning av kolfiberskivor, ju snabbare rotationshastighet, desto bättre effekt. När det gäller val av borrkrona är den unika borrspetsdesignen hos PCD8-bladsborrkronan mer lämplig för kolfiberskivor, som bättre kan penetrera kolfiberskivor och minska risken för delaminering.
5. Laserskärning
Efter att kolfiberskivan har formats till en engångsintegrerad struktur, måste den ofta bearbetas genom skärning och andra bearbetningsmetoder för monteringskrav. Traditionella bearbetningsmetoder inkluderar svarvning, fräsning, slipning, borrning och andra mekaniska bearbetningsmetoder. Kolfiberskiva har hög hållfasthet och sprödhet. Om den traditionella mekaniska bearbetningsmetoden används på ett felaktigt sätt kommer det att påskynda verktygsslitage, öka kostnaderna och lätt leda till materialbrott, deformation etc. Särskilt när man borrar små hål i kolfiberskivor är det mer sannolikt att det orsakar dålig materialbearbetning eller till och med skrot. Laserskärning är en beröringsfri bearbetningsmetod som effektivt kan lösa de problem som uppstår under bearbetningen av kolfiberskivor.
Försiktighetsåtgärder för laserskärning:
Kolfiberskivor innehåller en stor mängd harts, och under skärningsprocessen kommer en stor mängd giftiga gaser och lukter att genereras. Därför bör operatörer bära professionella skyddsverktyg, och skärutrustning bör vara uppmärksam på ventilation och utsug.
Singelmods kvasikontinuerlig laser har en hög toppeffekt, bättre strålkvalitet och högre effekttäthet. Den har en mindre värmepåverkad yta för skärning av kolfiberskivor, är mindre benägen för grader och flänsar, bryter eller deformerar inte materialet och är mindre benägen att oxidera. Skärkvaliteten är bättre än den för kontinuerlig laser, vilket gör den till ett idealiskt val för bearbetning av kolfiberskivor.
Användningsområden för kolfiberskivor
Välgjorda kolfiberskivor har tydliga mönster, släta ytor, spegelliknande ljusstyrka och små tjocklekstoleranser. De har fördelar som hög hållfasthet, låg vikt, korrosionsbeständighet och liten variation vid stora temperaturskillnader. Därför kan de användas i stor utsträckning i olika höghållfasta strukturella komponenter som kräver viktminskning. Följande är för närvarande de mest mogna och mest använda områdena.
1. Drönarskal
Chassit på en drönare är bäraren av hela flygsystemet, och huvudkomponenterna som flygkontroll och GPS måste lindas in och skyddas av karossen. Användningen av höghållfasta och lätta material som kolfiberplattor kan bidra till att förbättra tillförlitligheten och noggrannheten hos drönarens prestanda. Kroppen gjord av kolfiberplåt är lätt, men dess draghållfasthet kan nå mer än 10 gånger den hos vanligt stål. Den har utmärkt krypmotstånd och seismiskt motstånd, samt god hållbarhet och korrosionsbeständighet. Den har också en viss tolerans mot syra, alkali, salt och atmosfärisk korrosion, vilket effektivt kan förlänga livslängden för obemannade flygfarkoster. Den har egenskaperna god planhet, hög ytglans och vackert utseende sett till utseendet. För närvarande har avancerade drönare börjat använda detta material i stor skala.
2. Medicinsk CT sängbräda
Förutom utmärkta mekaniska egenskaper har kolfiberkompositmaterial också egenskaperna för hög röntgentransmittans och låg förlust vid produktion av kolfiberark. Röntgentransmittansen för kolfiberark som produceras av Yingteli New Materials Company kan nå 98%, men spridnings- och absorptionsförbrukningen är bara 2%, och den totala förlusten är mindre än 1/5 av aluminium. Efter olika prestandatester har de använts i stor utsträckning i medicinska CT-lakan. Dessutom är densiteten mycket låg, endast 1,5 g/cm3, och den är lätt att använda, vilket gör den allmänt använd i olika medicinska apparater som CT-sängbrädor och bröstbrädor. Kolfiberskivor som används till medicintekniska produkter har dock mycket höga krav på kvalitet och olika indikatorer. Med en medicinsk kolfiberskiva anpassad av Shandong Yingteli New Materials Co., Ltd. för en välkänd tillverkare av medicintekniska produkter i Kina som exempel, kräver denna kolfiberskivaprodukt tydliga och snygga kolfibermönster, inga röriga mönster, en jämn yta, och även små föroreningar, vita fläckar, repor, gropar och nålhål som inte klarar acceptansinspektionen. Tjocklekstoleransen bör hållas inom ± 0.05 mm och plattans planhet bör uppfylla relevanta internationella standarder. Därför, för att säkerställa kvalitet, måste alla produktionsprocesser av denna typ av kartong utföras i ett rent rum och kräver användning av varmpresstankteknik. Varje process måste genomgå strikt inspektion, så att slutprodukten kan uppfylla standarderna för användning av högprecisionsstrålningsutrustning.
3. Industriella komponenter
Eftersom kolfiberark har bearbetbarhet, kan det bearbetas till olika former av plana ytor enligt ritningar, och olika hål och spår kan göras på arket för enkel kombination med andra komponenter. Därför används den av många högprecisionsmaskiner för att ersätta metallmaterial vid tillverkning av delar. Mekaniska komponenter gjorda av kolfiberskivor har egenskaperna låg vikt, hög hållfasthet och slitstyrka. Enligt mekaniska behov kan specifika egenskaper som flamskydd, seghet och icke-konduktivitet också anpassas och väljas.
Fördelar och nackdelar med förstärkning av kolfiberskivor:
Kolfiberförstärkt panel är ett material som används för att förstärka strukturer, vanligtvis inom områden som konstruktion, anläggning, biltillverkning och flyg. Här är några av de viktigaste fördelarna och nackdelarna med kolfiberförstärkta paneler:
Fördel:
1. Hög hållfasthet och lättviktsprestanda: Kolfiberförstärkta paneler har utmärkt styrka och styvhet, samtidigt som de är mycket lätta, vilket gör dem till ett idealiskt val för strukturell förstärkning. De är vanligtvis mycket lättare än traditionellt stål och kan ge avsevärd styrka.
2. Korrosionsbeständighet: Kolfiberförstärkta paneler rostar eller korroderar inte, vilket gör att de fungerar bra i fuktiga eller korrosiva miljöer. Detta är en klar fördel jämfört med metallförstärkningsmaterial.
3. Lätt att installera: Att installera kolfiberförstärkta paneler är vanligtvis enklare och snabbare än traditionella strukturella förstärkningsmetoder. De kan enkelt skräddarsys och anpassas för att passa olika strukturella former.
4. Minska byggtiden: På grund av den snabba installationen av kolfiberförstärkta paneler kan byggtiden reduceras avsevärt, vilket sänker den totala kostnaden för projektet.
Nackdelar:
1. Hög kostnad: Kolfiberförstärkta paneler är vanligtvis dyrare än vissa traditionella strukturella förstärkningsmaterial (som stål), vilket kan öka den totala kostnaden för projektet.
2. Sprödhet: Även om kolfiberförstärkta plattor är mycket kraftfulla, kan de uppvisa sprödhet när de utsätts för stötar eller böjningar, till skillnad från vissa metalliska material som har formbarhet.
3. Nyckeln till bindningskvalitet: Kolfiberförstärkta paneler kräver vanligtvis användning av speciella lim eller bindemedel för att binda dem till strukturens yta. Detta gör att bindningskvaliteten är avgörande för armeringseffekten och olämplig limning kan leda till dålig strukturell armering.
4. Miljöpåverkan: Även om kolfiber i sig är ett förnybart material, involverar dess tillverkningsprocess högtemperaturbehandling och skadliga kemikalier, som kan ha en viss påverkan på miljön. Dessutom kan kassering av kasserade kolfiberförstärkta paneler också ha miljöproblem.
Sammantaget har kolfiberförstärkta paneler många fördelar inom området strukturell förstärkning, men det finns också några nackdelar. Valet av om man vill använda kolfiberförstärkta paneler bör bestämmas utifrån specifika projektkrav och budget.