कार्बन फायबर हे एक फायबर मटेरियल आहे ज्यामध्ये ९५% पेक्षा जास्त कार्बनचे प्रमाण आहे. त्यात उत्कृष्ट यांत्रिक, रासायनिक, विद्युत आणि इतर उत्कृष्ट गुणधर्म आहेत. ते "नवीन मटेरियलचा राजा" आहे आणि एक धोरणात्मक मटेरियल आहे ज्याची लष्करी आणि नागरी विकासात कमतरता आहे. "काळे सोने" म्हणून ओळखले जाते.
कार्बन फायबरची उत्पादन रेषा खालीलप्रमाणे आहे:
पातळ कार्बन फायबर कसा बनवला जातो?
कार्बन फायबर उत्पादन प्रक्रिया तंत्रज्ञान आतापर्यंत विकसित झाले आहे आणि ते परिपक्व झाले आहे. कार्बन फायबर संमिश्र पदार्थांच्या सतत विकासामुळे, ते जीवनाच्या सर्व क्षेत्रांमध्ये, विशेषतः विमान वाहतूक, ऑटोमोबाईल, रेल्वे, पवन ऊर्जा ब्लेड इत्यादींच्या मजबूत वाढीमुळे आणि त्याचा प्रेरक परिणाम, कार्बन फायबर उद्योगाच्या विकासामुळे अधिकाधिक पसंतीस उतरत आहे. शक्यता आणखी व्यापक आहेत.
कार्बन फायबर उद्योग साखळी अपस्ट्रीम आणि डाउनस्ट्रीममध्ये विभागली जाऊ शकते. अपस्ट्रीम म्हणजे सहसा कार्बन फायबर-विशिष्ट सामग्रीचे उत्पादन; डाउनस्ट्रीम म्हणजे सहसा कार्बन फायबर अनुप्रयोग घटकांचे उत्पादन. अपस्ट्रीम आणि डाउनस्ट्रीममधील कंपन्या कार्बन फायबर उत्पादन प्रक्रियेत त्यांना उपकरणे प्रदाते म्हणून विचार करू शकतात. आकृतीमध्ये दाखवल्याप्रमाणे:
कार्बन फायबर उद्योग साखळीच्या वरच्या दिशेने कच्च्या रेशीमपासून ते कार्बन फायबरपर्यंतची संपूर्ण प्रक्रिया ऑक्सिडेशन फर्नेस, कार्बोनायझेशन फर्नेस, ग्राफिटायझेशन फर्नेस, पृष्ठभाग उपचार आणि आकारमान यासारख्या प्रक्रियांमधून जावे लागते. फायबर रचनेवर कार्बन फायबरचे वर्चस्व असते.
कार्बन फायबर उद्योग साखळीचा अपस्ट्रीम पेट्रोकेमिकल उद्योगाशी संबंधित आहे आणि अॅक्रिलोनिट्राइल प्रामुख्याने कच्च्या तेलाचे शुद्धीकरण, क्रॅकिंग, अमोनिया ऑक्सिडेशन इत्यादीद्वारे मिळवले जाते; पॉलीअक्रिलोनिट्राइल प्रिकर्सर फायबर, कार्बन फायबर प्रिकर्सर फायबरचे प्री-ऑक्सिडायझिंग आणि कार्बनायझेशन करून मिळवले जाते आणि कार्बन फायबर कंपोझिट मटेरियल कार्बन फायबर आणि उच्च-गुणवत्तेच्या रेझिनवर प्रक्रिया करून अनुप्रयोग आवश्यकता पूर्ण करून मिळवले जाते.
कार्बन फायबरच्या उत्पादन प्रक्रियेत प्रामुख्याने रेखाचित्र, मसुदा, स्थिरीकरण, कार्बनायझेशन आणि ग्राफिटायझेशन यांचा समावेश होतो. आकृतीमध्ये दाखवल्याप्रमाणे:
रेखाचित्र:कार्बन फायबरच्या उत्पादन प्रक्रियेतील ही पहिली पायरी आहे. ते प्रामुख्याने कच्च्या मालाचे तंतूंमध्ये विभाजन करते, जो एक भौतिक बदल आहे. या प्रक्रियेदरम्यान, फिरणाऱ्या द्रव आणि कोग्युलेशन द्रव यांच्यामध्ये वस्तुमान हस्तांतरण आणि उष्णता हस्तांतरण होते आणि शेवटी पॅन अवक्षेपण होते. तंतू एक जेल रचना तयार करतात.
मसुदा तयार करणे:ओरिएंटेड फायबरच्या स्ट्रेचिंग इफेक्टसह कार्य करण्यासाठी 100 ते 300 अंश तापमान आवश्यक आहे. पॅन फायबरच्या उच्च मापांक, उच्च मजबुतीकरण, घनता आणि परिष्करणात देखील हे एक महत्त्वाचे पाऊल आहे.
स्थिरता:थर्मोप्लास्टिक पॅन रेषीय मॅक्रोमोलेक्युलर साखळी ४०० अंशांवर गरम आणि ऑक्सिडेशन पद्धतीने प्लास्टिक नसलेल्या उष्णता-प्रतिरोधक ट्रॅपेझॉइडल रचनेत रूपांतरित केली जाते, जेणेकरून ती उच्च तापमानात वितळत नाही आणि ज्वलनशील नसते, फायबरचा आकार राखते आणि थर्मोडायनामिक्स स्थिर स्थितीत असते.
कार्बनीकरण:१,००० ते २००० अंश तापमानात पॅनमधील कार्बन नसलेले घटक बाहेर काढणे आणि शेवटी ९०% पेक्षा जास्त कार्बन सामग्री असलेल्या टर्बोस्ट्रॅटिक ग्रेफाइट रचनेसह कार्बन तंतू तयार करणे आवश्यक आहे.
ग्राफिटायझेशन: अनाकार आणि टर्बोस्ट्रॅटिक कार्बनाइज्ड पदार्थांना त्रिमितीय ग्रेफाइट संरचनांमध्ये रूपांतरित करण्यासाठी 2,000 ते 3,000 अंश तापमान आवश्यक आहे, जे कार्बन तंतूंचे मापांक सुधारण्यासाठी मुख्य तांत्रिक उपाय आहे.
कच्च्या रेशीम उत्पादन प्रक्रियेपासून ते तयार उत्पादनापर्यंत कार्बन फायबरची सविस्तर प्रक्रिया अशी आहे की पॅन कच्चा रेशीम मागील कच्च्या रेशीम उत्पादन प्रक्रियेद्वारे तयार केला जातो. वायर फीडरच्या ओल्या उष्णतेने प्री-ड्रॉइंग केल्यानंतर, ते ड्रॉइंग मशीनद्वारे क्रमशः प्री-ऑक्सिडेशन फर्नेसमध्ये हस्तांतरित केले जाते. प्री-ऑक्सिडेशन फर्नेस ग्रुपमध्ये वेगवेगळ्या ग्रेडियंट तापमानात बेक केल्यानंतर, ऑक्सिडाइज्ड फायबर तयार होतात, म्हणजेच प्री-ऑक्सिडाइज्ड फायबर; मध्यम-तापमान आणि उच्च-तापमान कार्बनायझेशन फर्नेसमधून गेल्यानंतर प्री-ऑक्सिडाइज्ड फायबर कार्बन फायबरमध्ये तयार होतात; कार्बन फायबर उत्पादने मिळविण्यासाठी कार्बन फायबर नंतर अंतिम पृष्ठभाग उपचार, आकार बदलणे, कोरडे करणे आणि इतर प्रक्रियांच्या अधीन असतात. सतत वायर फीडिंग आणि अचूक नियंत्रणाची संपूर्ण प्रक्रिया, कोणत्याही प्रक्रियेत थोडीशी समस्या स्थिर उत्पादन आणि अंतिम कार्बन फायबर उत्पादनाच्या गुणवत्तेवर परिणाम करेल. कार्बन फायबर उत्पादनात एक लांब प्रक्रिया प्रवाह, अनेक तांत्रिक प्रमुख मुद्दे आणि उच्च उत्पादन अडथळे आहेत. हे अनेक विषय आणि तंत्रज्ञानाचे एकत्रीकरण आहे.
वरील कार्बन फायबरचे उत्पादन आहे, कार्बन फायबर फॅब्रिक कसे वापरले जाते ते पाहूया!
कार्बन फायबर कापड उत्पादनांची प्रक्रिया
१. कापणे
प्रीप्रेग कोल्ड स्टोरेजमधून उणे १८ अंशांवर बाहेर काढले जाते. जागृत झाल्यानंतर, पहिली पायरी म्हणजे ऑटोमॅटिक कटिंग मशीनवरील मटेरियल डायग्रामनुसार मटेरियल अचूकपणे कापणे.
२. फरसबंदी
दुसरे पाऊल म्हणजे लेइंग टूलवर प्रीप्रेग घालणे आणि डिझाइनच्या आवश्यकतांनुसार वेगवेगळे थर घालणे. सर्व प्रक्रिया लेसर पोझिशनिंग अंतर्गत केल्या जातात.
३. निर्मिती
स्वयंचलित हाताळणी रोबोटद्वारे, प्रीफॉर्म कॉम्प्रेशन मोल्डिंगसाठी मोल्डिंग मशीनमध्ये पाठवला जातो.
४. कटिंग
तयार केल्यानंतर, वर्कपीसची मितीय अचूकता सुनिश्चित करण्यासाठी कटिंग आणि डिबरिंगच्या चौथ्या टप्प्यासाठी वर्कपीस कटिंग रोबोट वर्कस्टेशनवर पाठवले जाते. ही प्रक्रिया सीएनसीवर देखील चालवता येते.
५. स्वच्छता
पाचवी पायरी म्हणजे क्लिनिंग स्टेशनवर ड्राय आइस क्लीनिंग करणे जेणेकरून रिलीझ एजंट काढून टाकता येईल, जे नंतरच्या ग्लू कोटिंग प्रक्रियेसाठी सोयीस्कर आहे.
६. गोंद
सहावी पायरी म्हणजे ग्लूइंग रोबोट स्टेशनवर स्ट्रक्चरल ग्लू लावणे. ग्लूइंगची स्थिती, ग्लूचा वेग आणि ग्लू आउटपुट हे सर्व अचूकपणे समायोजित केले जाते. धातूच्या भागांशी जोडणीचा काही भाग रिव्हेट केला जातो, जो रिव्हेटिंग स्टेशनवर केला जातो.
७. असेंब्ली तपासणी
गोंद लावल्यानंतर, आतील आणि बाहेरील पॅनेल एकत्र केले जातात. गोंद बरा झाल्यानंतर, कीहोल, बिंदू, रेषा आणि पृष्ठभागांची मितीय अचूकता सुनिश्चित करण्यासाठी निळा प्रकाश शोधला जातो.
कार्बन फायबर प्रक्रिया करणे अधिक कठीण आहे
कार्बन फायबरमध्ये कार्बन पदार्थांची मजबूत तन्य शक्ती आणि तंतूंची मऊ प्रक्रियाक्षमता दोन्ही असतात. कार्बन फायबर हे उत्कृष्ट यांत्रिक गुणधर्म असलेले एक नवीन पदार्थ आहे. कार्बन फायबर आणि आपल्या सामान्य स्टीलचे उदाहरण घ्या, कार्बन फायबरची ताकद सुमारे 400 ते 800 MPa असते, तर सामान्य स्टीलची ताकद 200 ते 500 MPa असते. कडकपणा पाहता, कार्बन फायबर आणि स्टील मुळात समान असतात आणि त्यांच्यात कोणताही स्पष्ट फरक नाही.
कार्बन फायबरमध्ये जास्त ताकद आणि वजन कमी असते, म्हणून कार्बन फायबरला नवीन पदार्थांचा राजा म्हणता येईल. या फायद्यामुळे, कार्बन फायबर रिइन्फोर्स्ड कंपोझिट्स (CFRP) च्या प्रक्रियेदरम्यान, मॅट्रिक्स आणि तंतूंमध्ये जटिल अंतर्गत परस्परसंवाद होतात, ज्यामुळे त्यांचे भौतिक गुणधर्म धातूंपेक्षा वेगळे होतात. CFRP ची घनता धातूंपेक्षा खूपच लहान असते, तर ताकद बहुतेक धातूंपेक्षा जास्त असते. CFRP च्या असंगततेमुळे, प्रक्रियेदरम्यान फायबर पुल-आउट किंवा मॅट्रिक्स फायबर डिटेचमेंट अनेकदा होते; CFRP मध्ये उच्च उष्णता प्रतिरोधकता आणि वेअर रेझिस्टन्स असतो, ज्यामुळे प्रक्रियेदरम्यान उपकरणांवर ते अधिक मागणी करते, म्हणून उत्पादन प्रक्रियेत मोठ्या प्रमाणात कटिंग उष्णता निर्माण होते, जी उपकरणांच्या वेअरसाठी अधिक गंभीर असते.
त्याच वेळी, त्याच्या अनुप्रयोग क्षेत्रांच्या सतत विस्तारासह, आवश्यकता अधिकाधिक नाजूक होत आहेत, आणि सामग्रीच्या लागू होण्याच्या आवश्यकता आणि CFRP साठी गुणवत्ता आवश्यकता अधिकाधिक कठोर होत आहेत, ज्यामुळे प्रक्रिया खर्च देखील वाढत आहे.
कार्बन फायबर बोर्डची प्रक्रिया
कार्बन फायबर बोर्ड बरा झाल्यानंतर आणि तयार झाल्यानंतर, अचूकता आवश्यकता किंवा असेंब्लीच्या गरजांसाठी कटिंग आणि ड्रिलिंग सारख्या पोस्ट-प्रोसेसिंगची आवश्यकता असते. कटिंग प्रक्रियेचे पॅरामीटर्स आणि कटिंग डेप्थ यासारख्या समान परिस्थितीत, वेगवेगळ्या सामग्री, आकार आणि आकारांची साधने आणि ड्रिल निवडण्याचे परिणाम खूप भिन्न असतील. त्याच वेळी, साधने आणि ड्रिलची ताकद, दिशा, वेळ आणि तापमान यासारखे घटक देखील प्रक्रियेच्या परिणामांवर परिणाम करतील.
प्रक्रिया केल्यानंतर, डायमंड कोटिंग आणि सॉलिड कार्बाइड ड्रिल बिट असलेले धारदार साधन निवडण्याचा प्रयत्न करा. टूल आणि ड्रिल बिटचा झीज प्रतिरोधकता स्वतः प्रक्रियेची गुणवत्ता आणि टूलची सेवा आयुष्य ठरवते. जर टूल आणि ड्रिल बिट पुरेसे तीक्ष्ण नसतील किंवा अयोग्यरित्या वापरले गेले असतील, तर ते केवळ झीज वाढवणार नाही, उत्पादनाची प्रक्रिया किंमत वाढवेल, परंतु प्लेटचे नुकसान देखील करेल, ज्यामुळे प्लेटचा आकार आणि आकार आणि प्लेटवरील छिद्रे आणि खोबणीच्या परिमाणांची स्थिरता प्रभावित होईल. सामग्रीचे थर फाडणे किंवा ब्लॉक कोसळणे देखील कारणीभूत ठरते, परिणामी संपूर्ण बोर्ड स्क्रॅप होतो.
ड्रिलिंग करतानाकार्बन फायबर शीट्स, वेग जितका वेगवान तितका चांगला परिणाम. ड्रिल बिट्सच्या निवडीमध्ये, PCD8 फेस एज ड्रिल बिटची अनोखी ड्रिल टिप डिझाइन कार्बन फायबर शीट्ससाठी अधिक योग्य आहे, जी कार्बन फायबर शीट्समध्ये चांगल्या प्रकारे प्रवेश करू शकते आणि डिलेमिनेशनचा धोका कमी करू शकते.
जाड कार्बन फायबर शीट्स कापताना, डाव्या आणि उजव्या हेलिकल एज डिझाइनसह दुधारी कॉम्प्रेशन मिलिंग कटर वापरण्याची शिफारस केली जाते. या तीक्ष्ण कटिंग एजमध्ये कटिंग दरम्यान टूलच्या अक्षीय बलाचे वर आणि खाली संतुलन करण्यासाठी वरच्या आणि खालच्या दोन्ही हेलिकल टिप्स आहेत. , परिणामी कटिंग फोर्स मटेरियलच्या आतील बाजूस निर्देशित केला जातो याची खात्री करण्यासाठी, जेणेकरून स्थिर कटिंग परिस्थिती मिळू शकेल आणि मटेरियल डिलेमिनेशनची घटना दडपता येईल. "पाइनॅपल एज" राउटरच्या वरच्या आणि खालच्या डायमंड-आकाराच्या कडांची रचना कार्बन फायबर शीट्स देखील प्रभावीपणे कापू शकते. त्याची खोल चिप फ्लूट कटिंग प्रक्रियेदरम्यान चिप्सच्या डिस्चार्जद्वारे बरीच कटिंग उष्णता काढून टाकू शकते, जेणेकरून कार्बन फायबर शीट गुणधर्मांचे नुकसान टाळता येईल.
०१ सतत लांब फायबर
उत्पादन वैशिष्ट्ये:कार्बन फायबर उत्पादकांचे सर्वात सामान्य उत्पादन स्वरूप, हे बंडल हजारो मोनोफिलामेंट्सपासून बनलेले असते, जे वळवण्याच्या पद्धतीनुसार तीन प्रकारांमध्ये विभागले जातात: NT (नेव्हर ट्विस्टेड, अनट्विस्टेड), UT (अनट्विस्टेड, अनट्विस्टेड), TT किंवा ST (ट्विस्टेड, ट्विस्टेड), ज्यापैकी NT हा सर्वात जास्त वापरला जाणारा कार्बन फायबर आहे.
मुख्य अनुप्रयोग:मुख्यतः CFRP, CFRTP किंवा C/C संमिश्र साहित्य यांसारख्या संमिश्र साहित्यासाठी वापरले जाते आणि अनुप्रयोग क्षेत्रात विमान/एरोस्पेस उपकरणे, क्रीडा साहित्य आणि औद्योगिक उपकरणांचे भाग समाविष्ट आहेत.
०२ स्टेपल फायबर सूत
उत्पादन वैशिष्ट्ये:लहान फायबर धागा म्हणजे लहान, लहान कार्बन तंतूंपासून बनवलेले धागे, जसे की सामान्य-उद्देशीय पिच-आधारित कार्बन तंतू, सहसा लहान तंतूंच्या स्वरूपात उत्पादने असतात.
मुख्य उपयोग:उष्णता इन्सुलेशन साहित्य, घर्षण-विरोधी साहित्य, सी/सी संमिश्र भाग इ.
०३ कार्बन फायबर फॅब्रिक
उत्पादन वैशिष्ट्ये:हे सतत कार्बन फायबर किंवा कार्बन फायबर कातलेल्या धाग्यापासून बनलेले असते. विणण्याच्या पद्धतीनुसार, कार्बन फायबर कापडांना विणलेले कापड, विणलेले कापड आणि न विणलेले कापड असे विभागता येते. सध्या, कार्बन फायबर कापड हे सहसा विणलेले कापड असतात.
मुख्य अनुप्रयोग:सतत कार्बन फायबर सारखेच, जे प्रामुख्याने CFRP, CFRTP किंवा C/C संमिश्र साहित्यासारख्या संमिश्र साहित्यात वापरले जाते आणि अनुप्रयोग क्षेत्रात विमान/एरोस्पेस उपकरणे, क्रीडा साहित्य आणि औद्योगिक उपकरणांचे भाग समाविष्ट आहेत.
०४ कार्बन फायबर ब्रेडेड बेल्ट
उत्पादन वैशिष्ट्ये:हे एका प्रकारच्या कार्बन फायबर फॅब्रिकचे आहे, जे सतत कार्बन फायबर किंवा कार्बन फायबर स्पन यार्नपासून देखील विणले जाते.
मुख्य वापर:प्रामुख्याने रेझिन-आधारित रीइन्फोर्सिंग मटेरियलसाठी वापरले जाते, विशेषतः ट्यूबलर उत्पादनांच्या उत्पादन आणि प्रक्रियेसाठी.
०५ चिरलेला कार्बन फायबर
