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Fibra de carbono Es un material fibroso con un contenido de carbono superior al 95%. Posee excelentes propiedades mecánicas, químicas, eléctricas y de otro tipo. Es el rey de los nuevos materiales y un material estratégico que carece de desarrollo militar y civil. Se le conoce como el "oro negro".

La línea de producción de fibra de carbono es la siguiente:

¿Cómo se fabrica la esbelta fibra de carbono?

La tecnología del proceso de producción de fibra de carbono ha alcanzado un desarrollo y una madurez considerables. Con el continuo desarrollo de los materiales compuestos de fibra de carbono, su uso es cada vez más frecuente en todos los ámbitos, especialmente debido al fuerte crecimiento de la aviación, la automoción, el ferrocarril y las palas eólicas, entre otros, y su influencia en el desarrollo de la industria de la fibra de carbono. Las perspectivas son aún más amplias.

La cadena de suministro de la industria de la fibra de carbono se divide en upstream y downstream. Upstream suele referirse a la producción de materiales específicos para la fibra de carbono; downstream, a la producción de componentes de aplicación de fibra de carbono. Las empresas que se encuentran entre upstream y downstream pueden considerarse proveedores de equipos en el proceso de producción de fibra de carbono. Como se muestra en la figura:

Todo el proceso, desde la seda cruda hasta la fibra de carbono, en las etapas iniciales de la cadena industrial de la fibra de carbono, requiere pasar por procesos como hornos de oxidación, hornos de carbonización, hornos de grafitización, tratamiento de superficies y encolado. La estructura de la fibra está dominada por la fibra de carbono.

La parte ascendente de la cadena industrial de fibra de carbono pertenece a la industria petroquímica, y el acrilonitrilo se obtiene principalmente a través de la refinación de petróleo crudo, el craqueo, la oxidación del amoníaco, etc.; La fibra precursora de poliacrilonitrilo, la fibra de carbono se obtiene preoxidando y carbonizando la fibra precursora, y el material compuesto de fibra de carbono se obtiene procesando fibra de carbono y resina de alta calidad para cumplir con los requisitos de la aplicación.

El proceso de producción de fibra de carbono incluye principalmente el trefilado, el estirado, la estabilización, la carbonización y la grafitización. Como se muestra en la figura:

Dibujo:Este es el primer paso en el proceso de producción de fibra de carbono. Se trata principalmente de la separación de las materias primas en fibras, lo cual constituye un cambio físico. Durante este proceso, se produce la transferencia de masa y calor entre el líquido de hilado y el líquido de coagulación, y finalmente la precipitación del PAN. Los filamentos forman una estructura de gel.

Redacción:Requiere una temperatura de 100 a 300 grados para operar junto con el efecto de estiramiento de las fibras orientadas. También es un paso clave en el alto módulo, el alto refuerzo, la densificación y el refinamiento de las fibras de PAN.

Estabilidad:La cadena macromolecular lineal termoplástica PAN se transforma en una estructura trapezoidal resistente al calor no plástica mediante el método de calentamiento y oxidación a 400 grados, de modo que no se funde ni es inflamable a alta temperatura, manteniendo la forma de la fibra y la termodinámica está en un estado estable.

Carbonización:Es necesario expulsar los elementos no carbonados del PAN a una temperatura de 1.000 a 2.000 grados, y finalmente generar fibras de carbono con una estructura de grafito turboestrático con un contenido de carbono de más del 90%.

Tejido de fibra de carbono

Grafitización: Se requiere una temperatura de 2.000 a 3.000 grados para convertir materiales carbonizados amorfos y turboestráticos en estructuras de grafito tridimensionales, que es la principal medida técnica para mejorar el módulo de las fibras de carbono.

El proceso detallado de la fibra de carbono, desde la producción de seda cruda hasta el producto terminado, consiste en que la seda cruda PAN se produce mediante el proceso previo de producción de seda cruda. Tras el preestirado mediante el calor húmedo del alimentador de alambre, se transfiere secuencialmente al horno de preoxidación mediante la máquina de estirado. Tras ser horneada a diferentes gradientes de temperatura en el grupo de hornos de preoxidación, se forman fibras oxidadas, es decir, fibras preoxidadas. Estas fibras preoxidadas se transforman en fibras de carbono tras pasar por hornos de carbonización de temperatura media y alta. Posteriormente, las fibras de carbono se someten a un tratamiento superficial final, encolado, secado y otros procesos para obtener productos de fibra de carbono. . El proceso completo de alimentación de alambre continua y control preciso, cualquier pequeño problema en cualquier proceso afectará la producción estable y la calidad del producto final de fibra de carbono. La producción de fibra de carbono tiene un flujo de proceso largo, numerosos puntos técnicos clave y altas barreras de producción. Es una integración de múltiples disciplinas y tecnologías.

Lo anterior es la fabricación de fibra de carbono, ¡veamos cómo se utiliza la tela de fibra de carbono!

Procesamiento de productos de tela de fibra de carbono

1. Corte

El preimpregnado se extrae del almacén frigorífico a -18 °C. Tras su extracción, el primer paso es cortarlo con precisión según el diagrama de materiales en la cortadora automática.

2. Pavimentación

El segundo paso consiste en colocar el preimpregnado en la herramienta de colocación y colocar las diferentes capas según los requisitos de diseño. Todos los procesos se realizan mediante posicionamiento láser.

3. Formación

A través de un robot de manipulación automatizado, la preforma es enviada a la máquina de moldeo para su moldeo por compresión.

4. Corte

Tras el conformado, la pieza se envía a la estación de trabajo del robot de corte para el cuarto paso de corte y desbarbado, garantizando así su precisión dimensional. Este proceso también se puede realizar en CNC.

5. Limpieza

El quinto paso es realizar una limpieza con hielo seco en la estación de limpieza para eliminar el agente desmoldante, lo que resulta conveniente para el posterior proceso de recubrimiento con pegamento.

6. Pegamento

El sexto paso consiste en aplicar el pegamento estructural en la estación del robot de encolado. La posición, la velocidad y la salida del pegamento se ajustan con precisión. Se remacha parte de la conexión con las piezas metálicas, lo cual se realiza en la estación de remachado.

7. Inspección del conjunto

Tras aplicar el pegamento, se ensamblan los paneles interior y exterior. Una vez curado, se realiza una detección de luz azul para garantizar la precisión dimensional de las cerraduras, puntos, líneas y superficies.

La fibra de carbono es más difícil de procesar.

La fibra de carbono posee la alta resistencia a la tracción de los materiales de carbono y su fácil procesamiento. Es un material nuevo con excelentes propiedades mecánicas. Tomemos como ejemplo la fibra de carbono y el acero común: la resistencia de la fibra de carbono oscila entre 400 y 800 MPa, mientras que la del acero común es de 200 a 500 MPa. En cuanto a tenacidad, la fibra de carbono y el acero son básicamente similares, sin diferencias evidentes.

La fibra de carbono presenta mayor resistencia y ligereza, por lo que se la puede considerar la reina de los nuevos materiales. Debido a esta ventaja, durante el procesamiento de compuestos reforzados con fibra de carbono (CFRP), la matriz y las fibras presentan interacciones internas complejas, lo que hace que sus propiedades físicas difieran de las de los metales. La densidad del CFRP es mucho menor que la de los metales, mientras que su resistencia es mayor que la de la mayoría de los metales. Debido a la heterogeneidad del CFRP, a menudo se producen desprendimientos de fibras de la matriz durante el procesamiento. El CFRP tiene una alta resistencia al calor y al desgaste, lo que lo hace más exigente para el equipo durante el procesamiento, por lo que se genera una gran cantidad de calor de corte en el proceso de producción, lo que agrava el desgaste del equipo.

Al mismo tiempo, con la expansión continua de sus campos de aplicación, los requisitos se vuelven cada vez más delicados y los requisitos de aplicabilidad de los materiales y los requisitos de calidad para CFRP son cada vez más estrictos, lo que también hace que aumente el costo de procesamiento.

Procesamiento de tableros de fibra de carbono

Tras el curado y conformado del tablero de fibra de carbono, se requieren procesos posteriores, como corte y perforación, para cumplir con los requisitos de precisión o las necesidades de ensamblaje. En las mismas condiciones, como los parámetros del proceso de corte y la profundidad de corte, la selección de herramientas y brocas de diferentes materiales, tamaños y formas tendrá efectos muy diferentes. Asimismo, factores como la resistencia, la dirección, el tiempo y la temperatura de las herramientas y brocas también afectarán los resultados del procesamiento.

Durante el posprocesamiento, procure elegir una herramienta afilada con recubrimiento de diamante y una broca de carburo sólido. La resistencia al desgaste de la herramienta y de la broca determina la calidad del procesamiento y su vida útil. Si la herramienta y la broca no están lo suficientemente afiladas o se utilizan incorrectamente, no solo acelerarán el desgaste y aumentarán el coste de procesamiento del producto, sino que también dañarán la placa, lo que afectará su forma y tamaño, así como la estabilidad de las dimensiones de los orificios y ranuras. Esto puede provocar desgarros en capas del material, o incluso el colapso del bloque, lo que puede resultar en el desguace de toda la placa.

Al perforarláminas de fibra de carbonoA mayor velocidad, mejor efecto. En cuanto a la selección de brocas, el diseño único de la punta de la broca PCD8 con filo frontal es más adecuado para láminas de fibra de carbono, ya que penetra mejor en ellas y reduce el riesgo de delaminación.

Al cortar láminas gruesas de fibra de carbono, se recomienda utilizar una fresa de compresión de doble filo con diseño helicoidal izquierdo y derecho. Este filo afilado cuenta con puntas helicoidales superior e inferior para equilibrar la fuerza axial de la herramienta durante el corte, asegurando que la fuerza de corte resultante se dirija al interior del material, obteniendo condiciones de corte estables y evitando la delaminación. El diseño de los bordes superior e inferior en forma de diamante de la fresadora "Pineapple Edge" también permite cortar láminas de fibra de carbono con eficacia. Su ranura profunda para virutas permite disipar gran parte del calor de corte mediante la descarga de virutas durante el proceso, evitando así dañar la fibra de carbono.

01 Fibra larga continua

Características del producto:La forma de producto más común de los fabricantes de fibra de carbono, el haz está compuesto de miles de monofilamentos, que se dividen en tres tipos según el método de torsión: NT (nunca torcido, sin torcer), UT (sin torcer, sin torcer), TT o ST (torcido, retorcido), de los cuales NT es la fibra de carbono más utilizada.

Aplicación principal:Se utiliza principalmente para materiales compuestos como CFRP, CFRTP o materiales compuestos C/C, y los campos de aplicación incluyen equipos aeronáuticos/aeroespaciales, artículos deportivos y piezas de equipos industriales.

02 Hilo de fibra cortada

Características del producto:Hilo de fibra corta Para abreviar, los hilos hilados a partir de fibras de carbono cortas, como las fibras de carbono de uso general basadas en brea, suelen ser productos en forma de fibras cortas.

Usos principales:materiales de aislamiento térmico, materiales antifricción, piezas compuestas C/C, etc.

03 Tejido de fibra de carbono

Características del producto:Está hecho de fibra de carbono continua o hilado de fibra de carbono. Según el método de tejido, los tejidos de fibra de carbono se dividen en tejidos planos, tejidos de punto y telas no tejidas. Actualmente, los tejidos de fibra de carbono suelen ser tejidos planos.

Aplicación principal:Al igual que la fibra de carbono continua, se utiliza principalmente en materiales compuestos como CFRP, CFRTP o materiales compuestos C/C, y los campos de aplicación incluyen equipos aeronáuticos/aeroespaciales, artículos deportivos y piezas de equipos industriales.

04 Cinturón trenzado de fibra de carbono

Características del producto:Pertenece a un tipo de tejido de fibra de carbono, que también se teje a partir de fibra de carbono continua o hilo hilado de fibra de carbono.

Uso principal:Se utiliza principalmente para materiales de refuerzo a base de resina, especialmente para la producción y procesamiento de productos tubulares.

05 Fibra de carbono picada

Características del producto:A diferencia del concepto de hilo hilado de fibra de carbono, generalmente se prepara a partir de fibra de carbono continua a través del procesamiento cortado, y la longitud cortada de la fibra se puede cortar según las necesidades del cliente.

Usos principales:Generalmente se utiliza como una mezcla de plásticos, resinas, cemento, etc., al mezclarlo en la matriz, se pueden mejorar las propiedades mecánicas, la resistencia al desgaste, la conductividad eléctrica y la resistencia al calor; en los últimos años, las fibras de refuerzo en los compuestos de fibra de carbono de impresión 3D son en su mayoría fibras de carbono picadas. principal.

06 Rectificado de fibra de carbono

Características del producto:Dado que la fibra de carbono es un material frágil, se puede preparar en material de fibra de carbono en polvo después de molerla, es decir, moler fibra de carbono.

Aplicación principal:Similar a la fibra de carbono picada, pero rara vez se utiliza en el refuerzo de cemento; generalmente se utiliza como un compuesto de plástico, resina, caucho, etc. para mejorar las propiedades mecánicas, la resistencia al desgaste, la conductividad eléctrica y la resistencia al calor de la matriz.

07 Estera de fibra de carbono

Características del producto:Su forma principal es el fieltro o la estera. Primero, las fibras cortas se estratifican mediante cardado mecánico y otros métodos, y luego se preparan mediante punzonado. También conocida como tela no tejida de fibra de carbono, pertenece a un tipo de tejido de fibra de carbono.Usos principales:materiales de aislamiento térmico, sustratos de material de aislamiento térmico moldeado, capas protectoras resistentes al calor y sustratos de capas resistentes a la corrosión, etc.

08 Papel de fibra de carbono

Características del producto:Se prepara a partir de fibra de carbono mediante un proceso de fabricación de papel seco o húmedo.

Usos principales:Placas antiestáticas, electrodos, conos de altavoces y placas calefactoras; las aplicaciones más populares en los últimos años son los materiales de cátodo para baterías de vehículos de nueva energía, etc.

09 Preimpregnado de fibra de carbono

Características del producto:un material intermedio semiendurecido hecho de resina termoendurecible impregnada con fibra de carbono, que tiene excelentes propiedades mecánicas y es ampliamente utilizado; el ancho del preimpregnado de fibra de carbono depende del tamaño del equipo de procesamiento y las especificaciones comunes incluyen material preimpregnado de ancho de 300 mm, 600 mm y 1000 mm.

Aplicación principal:equipos aeronáuticos/aeroespaciales, artículos deportivos y equipos industriales, etc.

Material compuesto de fibra de carbono 010

Características del producto:Material de moldeo por inyección hecho de resina termoplástica o termoendurecible mezclada con fibra de carbono, a la mezcla se le agregan varios aditivos y fibras picadas y luego se somete a un proceso de composición.

Aplicación principal:Gracias a la excelente conductividad eléctrica, la alta rigidez y las ventajas de peso ligero del material, se utiliza principalmente en carcasas de equipos y otros productos.

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