EN
Карбондық жолаққа арналған қажетті материалдар және құралдар карбондық жолақ Құрылыс
Карбондық волокнодардың прегендер түрлері (PAN vs. Шыңғылдағы)
Көміртегі талшын пәтердің полиакрилонитрил (PAN) талшындарынан немесе құрамындағы екі түрінен басталады және олардың құрамы мен беріктігі жағынан әлдеқайда өзгеше сипаттамалары бар. PAN түрі көп керілу кезінде сынбайтын қабілетімен ерекшеленеді, сондықтан әуе ұшақтарында, көліктерде және спорттық құралдарда қолданылады. «Композитті материалдар журналы» жариялаған зерттеулерде PAN-ның салмағы аз болса да, оның өте жақсы ұстап тұру қабілеті бар екенін көрсетті. Ал енді құрамындағы көміртегі талшындары басқа қасиеттерге ие болады – олар электр тогын жақсы өткізеді және PAN-ға қарағанда жеңілірек. Бұл оларды электрлік өткізгіштікті қажет ететін электрондық компоненттер үшін тамаша таңдау етеді. Жетілген материалдармен жұмыс жасайтын ғалымдар ыстық пен электр тогын тиімді түрде тасымалдау үшін талшындардың жаңа әдістерін әлі де табуда, өндіру барысында кездесетін қиындықтарға қарамастан компаниялар бұл салада инвестицияларды жалғастырып келеді.
Табиғи химикалдар және резин системалары
Көміртегі талшықтарын өндіру барысында әртүрлі химикаттар мен шайырлық жүйелерге көп тәуелді. Бұл салада қолданылатын кең таралған шайырларды қарастырсақ, эпоксидті, фенолдық және полиуретандық шайырларды атауға болады, олар соңғы кезде көміртегі талшығынан жасалған матаның беріктігі мен ұзақ мерзімділігін арттыруда әртүрлі рөл атқарады. Эпоксидті шайырлар құрылымдарды қатты ұстап тұру мен қаттылық қасиетіне ие болғандықтан, кеңінен қолданылады. Ең алдымен жылуға төзімділік маңызды болған жағдайда фенолдық шайырлар қолданылады, ыстық температураға қарсы қосымша қорғаныш қабатын ұсынады. Ал полиуретандық шайырлар талшықтардың арасында икемді желім ретінде жұмыс істейді, олардың күш түсірілген кезде жеңіл сынбайтын болуына мүмкіндік береді. Сондай-ақ, ерекше қаттытандырғыш заттар мен толтырғыштар сияқты маңызды қоспаларды ұмытпау керек – олар соңғы өнімнің қаншалықты қатты және ұзақ қызмет ететінін айтарлықтай өзгертеді. Сонымен қатар, барлық салалық нұсқауларды орындау тек қағаз жұмысы ғана емес, сонымен қатар қызмет көрсетуші персоналдың қауіпсіздігін қамтамасыз етіп, компаниялардың химикаттармен жұмыс істеу бойынша заңдық шектеулерді сақтауын қамтамасыз етеді.
Волокна өндіру үшін специалдық түрлер
Көміртегі талшықты тиімді әдіспен алу үшін пиролиз деп аталатын бақыланатын қыздыру процесі арқылы тұрақты көміртегі талшығын алу үшін жасушалық желілер мен тотығу пештері сияқты арнайы жабдықтар қажет. Жылу реттеуі бұл жерде өте маңызды, өйткені температураның кішігірім тербелісі тұтас партияны бүлдіруі мүмкін. Содан кейін талшық құрылымын тұрақтандыру үшін химиялық өзгерістер жүретін тотығу пеші сатысы болады. Өндірушілердің осындай пештерде қоршаған ортаны қатаң бақылауы талап етіледі, сонда өнімнің біркелкі сапасын алуға болады. өнімдер қазіргі жылу шоғырлары мен автоматтандыру жүйелеріндегі жаңалықтар өндіріс жылдамдығын және материалдар сапасын барлық жағынан арттырды. Салалық есеп берулерде зауыттардың 5 жыл бұрынғы көрсеткіштерімен салыстырғанда қазіргі кезде 15%-дан 30% дейінгі тиімділік көрсеткіштерін арттырып, қалдық материалдардың көлемін әлдеқайда азайтқаны көрсетілген. Аэроғарыш және автомобиль салаларының әрдайым жеңілірек, бірақ берік материалдар талап етуі себепті, осындай жетілдірулер кәсіпорындарға көміртегі талап ететін компоненттерге деген өсу сұранысын қанағаттандыру барысында шикізатқа жұмсалатын шығындарды шектеуге көмектеседі.
Кез келген тәсілдік Көміртек талшығы мата Құрылыс процесі
PAN-ды өзекті волокнелерге шығару
Полиакрилонитрилді (PAN) көміртегі талшын өндіруге қажетті алғышартты талшындарға айналдыруда балқып кебіту маңызды рөл атқарады. Бұл барлық процеске температура мен тұтқырлықты дәл орнатуға сүйенеді, сондықтан талшындар қате пішінделмейді. Бұрғылау жылдамдығы да өте маңызды, өйткені ол ең аз ғана ауытқыса, талшындар диаметрі біркелкі болмайды, бұл соңғы көміртегі талшынды мата сапасын бұзады. Балқып кебітудің өнеркәсіпте ерекшелігі неде? Энергияны үнемдеу. Бұл талшындарды жасаудың басқа тәсілдерімен салыстырғанда, бұл әдіс шын мәнінде аз қуат пайдаланады. Өндірушілер осыны жақсы көреді, өйткені бұл шығындарды қысқартады және әлі де жақсы сапалы материалдар өндіреді. Кейбір зерттеулер бұны растайды, дәстүрлі әдістерге қарағанда маңызды энергия үнемдеу туралы куәландырады, компаниялар өз операцияларын жасылдандырғысы келгенде, бірақ өнімділік стандарттарынан бас тартпайтын жағдайда бұл өте маңызды болып табылады.
Оксидация: Волокнелердің Контрольдік Қызылу Арқылы Түрлендіру
Тотығу барысында өте маңызды рөл атқарады көміртек талшығы мата отырып отынға дейінгі талшындардың химиялық өзгерістерге ұшырауы өндірісі. Бұл қыздыру кезеңі өте маңызды, өйткені ол тікелей соңғы өнімнің беріктігі мен икемділігіне әсер етеді. Температура мен өңдеу уақытын дұрыс тепе-теңдікте ұстау өндірушілер үшін көміртегі талшындарының үйлесімді сапасын сақтау үшін маңызды. Дұрыс тотығу болмаған жағдайда бұл материалдар әуе-кеңістік компоненттері немесе жоғары өнімді спорт құралдары үшін қажетті беріктік деңгейіне жетпейді. Сол себепті көптеген сапалы өндірушілер осы өндіру тізбегінің осы бөлігіне ерекше көңіл бөледі, өйткені бүгінгі тауарлар нарығындағы көміртегі талшын өнімдерінің тұрақтылығы туралы барлық талаптардың негізі осында жатыр.
Жолақтардың оптималды ығайын үшін жогару техникалар
Көміртегі талшықтарын басу әдісі талшықтардың қаншалықты дәл келетінін, сонымен қатар соңғы өнімнің қаншалықты берік және ұзақ қызмет ететінін анықтайды. Өндірушілер жиі жай тор үлгісін немесе екі жолды тор үлгісін қолданады, олардың әрқайсысы құрылымдық бүтіндікке әсер ететін өз пайдалы қасиеттері бар. Талшықтар дұрыс орналасқан сайын, олар материал бойында күшті біркелкі таратады, ал кездейсоқ орналасқан жағдайда олай болмайды. Ұшақтың қанаты ұшып барып иілген кезде не болатынын елестетіңіз – дұрыс талшықтардың орналасуы осы жерде маңызды рөл атқарады. Жаңа басу әдістері тұрақты түрде пайда болып тұрады, талшықтардың орнын дәлірек бақылауға, материалдың беріктілігін төмендететін кемшіліктерді азайтуға мүмкіндік береді. Бұл жетілдірулер әуе-кеңістігі компанияларына, автомобиль өндірушілеріне және тіпті спорт заттары жасайтын фирмаларға көміртекті талшық компоненттерден қандай өнім сипаттамалары қажет екенін нақты көрсетуге мүмкіндік береді.
Резинаның ішке шығаруы және соңғы тепе-теңдік әдістері
Шайырды құю кезеңі талшықтарды шайырмен толық қанықтыруға кепілдік береді, бұл соңғы көміртекті талшықты бөлшектің қаншалықты берік болатындығын анықтайды. Осыдан кейін күркүлдеу кезеңі келеді, онда өндірушілер соққыға төзімділік сияқты маңызды сипаттамаларды және материалдың температура өзгерістеріне қаншалықты төтеп бере алатындығын арттыру үшін жылу деңгейі мен уақытты ұқыпты бақылайды. Көптеген цехтар вакуумдық қаптама немесе автоклавтарды қолданады, өйткені олар жұмысты дұрыс орындау үшін өте тиімді. Вакуумдық жүйелер ауаны шығарып тастап, қаптар арқылы қысым қолданған кезде немесе автоклавтар бір мезгілде жылу мен қысым қолданған кезде, алынған бөлшектер жеңіл салмақ пен ғажап беріктік арасындағы тиімді нүктелерге жетеді. Бұл әдістер әуе-кеңістік қондырғыларынан бастап спорттық құралдарды өндіруге дейінгі салаларда стандартты тәжірибеге айналып кетті, онда осындай жоғары өнімділік талаптары басқа нәрсеге рұқсат бермейді.
Карбон волокнодан ткани үшін жогарыту үзінділері
Тік жогарыту және твил жогарыту конфигурациялары
Көміртекті талшықты мата әртүрлі тоқыма түрлерінде келеді, ал жай тоқыма мен твил тоқыма арасындағы айырмашылықты білу қажетті материалды таңдауға көмектеседі. Жай тоқыма негізінен жіптер бір-бірінің үстіне және астына өтетін негізгі торлы үлгіден тұратын ең қарапайым түрі болып табылады. Бұл мата бойынша барлық бағытта тұрақтылық пен біркелкілікті қамтамасыз ететін құрылым жасайды. Сол себепті жай тоқыма әдетте қаттылық пен беріктікті талап ететін орындарда, мысалы, ұшақ бөлшектерінде немесе көлік корпусында кеңінен қолданылады. Ал твил тоқыма басқаша жұмыс істейді. Торлы үлгінің орнына, жіптер бетінің бойымен көлбеу сызықтар жасайды. Бұл матаға икемділікті арттырып, теріге жанұялы сезілім береді. Осы қасиетіне байланысты твил тоқыма күрделі қисықтары немесе пішіндері бар заттар жасау үшін ыңғайлырақ болып табылады. Мысалы, шлемдер, велосипед рамалары немесе өнімнің өнімділігі мен ыңғайлылығын қамтамасыз ететін жоғары сапалы киім бөлшектерін ойлаңыз.
Бұл салмау шабуылдары арасында таңдау кезінде көркемдік тапсырмашылық, сабақ жасау жылдамдығы және тиімділік факторларға әсер етуі мүмкін. Қарапайым салмау әдетте қызметкерлік процесі қарапайым екендіктен қызметкерлік артықшылықпен жоғары, ал twill салмау қызметкерлік артықшылықпен жоғары эстетикалық аяқталу және ұзақ кезекті қолданбаларға сай жасау жылдамдығын береді.
Бірқатарғы және көпқатарғы қою
Көміртегі талшықтарын біз қалай орналастырсақ, оның әртүрлі бағытта қаншалықты берік болатыны оған байланысты. Біз бір бағытта қабаттап орналастырған кезде, барлық талшықтар түзу сызық бойымен бір бағытта орналасады, бұл берілген ось бойынша ең жоғары беріктік күшін береді. Әуе қозғалтқыш бөлшектеріне жиі осындай орналасу қажет, өйткені олар тек бір бұрыштан ғана тұрақты күшке төтеп беруі керек. Бірақ егер біз нәрсені бірнеше бағытта жақсы жұмыс істеуін қаласақ, біз осы қабаттарды әртүрлі бұрыштарда шоғырландыруыміз керек, бұл өндіру кезінде әлдеқайда күрделі болып табылады. Керісінше, көп бағытты орналастыру талшықтарды бірнеше бағытта таратып жібереді. Бұл бүкіл материал бойынша беріктіктің жақсы тепе-теңдігін құрады. Көлік рамалары мен мотоцикл корпусы сияқты заттар үшін қалай болса да күштер әртүрлі жақтан келетіндіктен, осындай тепе-теңдік тәсілі жалпы алғанда жақсырақ нәтиже береді.
Бұл конфигурациялар арасында таңдау төменгі негізде өтеді . Бір бағытта жарытқан конфигурациялар қосымша сызықтық силимге ие болады, бірақ үлгілеу мaliетi жоғары. Көп бағыттық жарыту әлдеқайда аз силим береді, бірақ оны қамтамасыз етудің қарапайымы және қысметі қиын емес.
Теңес-сапорының мәндерін шығару
Көміртегі талшықты композиттерді жасаған кезде, беріктік пен салмақ арасындағы дұрыс тепе-теңдік алатын орын ерекше. Өндірушілер осы тепе-теңдікті тапқан кезде, материал жеңіл болып қала тұрып, сонымен қатар кернеуге тұрақты болып қалады, бұл әсіресе ұшақ жасау және автомобиль өндірісі сияқты салаларда қауіпсіз көліктер мен отын үнемдеуге әкелетін маңызды фактор болып табылады. Шынайы мысалдарға назар аударсақ, талшықтардың бір-біріне қалай тоқылып және орналасқаны материалдардың қалай әрекет ететінінде үлкен айырмашылық жасайтынын көруге болады. Мысалы, бір бағытта орналасқан қабаттар бір бағытта ең жақсы нәтиже көрсетеді, бірақ басқа бағыттарда олардың тиімділігі төмен болады. Ал енді көп бағытты орналасу туралы айтсақ, онда әртүрлі бағыттарда күш біркелкі таралады, осының арқасында нәтиже тепе-тең болып келеді, әрқайсысында максималды нәтиже көрсетпесе де.
Технология дамиді жатқан уақытта, келесі тенденцилерде інновацияларға қосымша арналған плету және конфигурациялар , қорытынды-сапа соотношенияларын жоғары деңгейге арттыру мақсатында. Бұл жаңалықтар карбон фибралық материалдарды пайдаланудың әдістерін өзгертуге мүмкіндік береді, қажетті құнымен бірге қолданбаларын кеңейтуге мүмкіндік береді.
Карбон фибралық өндірістегі сапа сақтау
Жиністік және ықсымділік талдауы
Көміртегі талшықтың қаншалықты берік екенін және оның қаншалықты иілгіштігін тексеру материалдың ұзақ уақыт пайдаланылуы мен дұрыс жұмыс істеуі үшін өте маңызды. Көптеген зертханалар осы сынақты жүргізу үшін ASTM D3039 стандартын қолданады. Бұл нақты сынақ көміртекті талшықтардың керілу кезінде қаншалықты күшке шыдайтынын инженерлерге нақты көрсетіп береді. Бұл неге маңызды? Ұшақтар мен жарыс көліктерін елестетіп көріңіз – егер материал кенеттен сынса, жағымсыз жағдайлар тез дамып кете алады. 2023 жылы Composites Part B журналында жарияланған зерттеу нәтижелері бойынша, көміргі талшықтардың көпшілігі 3,5-тен 5,5 гигапаскальға дейінгі қысымға шыдайтыны көрсетілген. Мұндай беріктік оларды салмағы жеңіл, бірақ өте берік болуы қажет бөлшектерді жасау үшін идеалды етіп жасайды. Дұрыс сынақ процедураларынсыз өндірушілер өнімдерін олардың шыдайтын күшке төтеп бере алмайтындай құрылымдарға шығаруы мүмкін.
Волокно-резинтық байланыстың тікелейлігін мониторлау
Көміртегі талшықты композиттер жайлы болса, талшықтар мен шайыр арасындағы байланыстың сапасы өте маңызды, себебі бұл байланыс негізінде бүкіл материалдың уақыт өткен сайын қаншалықты жақсы жұмыс істейтіндігін анықтайды. Бұл жерде болып жатқан нәрсе құрылым бойынша жүктемелер қалай тасымалданатындығына әсер етіп, беріктігі мен ұзақ мерзімділігіне әсер етеді. Өндірушілер бұл байланыстарды әдетте ультрадыбыстық тексеру әдістерін және көру арқылы тексеру арқылы тексереді. Ультрадыбыстық тексеру материалға жоғары жиілікті дыбыс толқындарын жіберіп, жасырын ақаулар мен саңылауларды анықтау арқылы жүзеге асырылады. Егер бұл байланыс бұзыла бастаса, қабаттар бір-бірінен бөлініп тұру сияқты мәселелер пайда болып, құрылымныың толық бұзылуына әкеліп соғады. Бұл тек қана теориялық ғана емес, өйткені қауіпсіздік ең маңызды болып табылатын, мысалы, ұшақ жасау немесе автомобиль өндірісі сияқты салаларда әлсіз байланыстар бұрыннан-ақ көптеген ауыр салдарлар тудырған. Сол себепті композитті материалдардың осы аспектісінде шаруашылық жүргізбей қалған жағдайда болатын жағдайды көптеген компаниялар қатты тәжірибеден өтіп біледі, сондықтан талшық-шайыр байланыстарын берік ұстап тұру өнеркәсіп бойынша өте маңызды болып табылады.
Беттік жобау протоколдары
Көміртегі талшықты өнімдердің бетінің өңделу сапасын тексеру маңызды, өйткені олардың эстетикалық және механикалық тұрғыда өнеркәсіптік стандарттарға сәйкес келуін қамтамасыз етеді. Көбінесе тексеру процесстері визуалды тексеруден басталады, бірақ материалдағы саңлаулар мен дұрыс емес талшықтардың бағытталуын анықтау үшін лазерлі сканерлеу құрылғыларына сүйенеді. Бұл ақаулар өнімнің конструкциялық беріктігін айтарлықтай төмендетіп, оның нақты қолдану кезіндегі өнімділігіне әсер етуі мүмкін. Беткей ақаулардан құтылу өте маңызды, өйткені бұл қосылған салмақ немесе күш әсерінен материал бойынша кернеуді біркелкі таратуға көмектеседі, нәтижесінде барлығы беріктеу және ұзақ уақыт пайдалануға болатын болып шығады. Қазіргі заманғы тексеру әдістеріне, әдетте, цифрлық микроскоп арқылы үлгілерді қарау және өнімнің беткей сапасын дәл өлшейтін, бірақ өнімге зиян келтірмейтін сынақтар жүргізу кіреді. Құралдар мен әдістер материалдар ғылымының жаңа жетістіктеріне байланысты үнемі жақсарып келеді, сондықтан өндірушілер көміртегі талшықты өндіру кезінде сапаны бақылау стандарттарын сақтап, қауіпсіздік пен беріктікті бұзбай-ақ жоғары деңгейде ұстап тұра алады.
