1K țesătură din fibră de carbon: secretul din spatele puterii și modulului său excelent

Baza structurală a 1K țesătură simplă din fibră de carbon ​
1K țesătură din fibră de carbon, „1K” aici indică clar că remorcarea din fibră de carbon este compusă din 1000 de filamente. În comparație cu fibrele de carbon 3K și 12K obișnuite, fibra de carbon de 1K are semnificativ mai puține filamente. Această caracteristică de bază are un impact profund asupra formării sale structurale ulterioare și a performanței sale de la rădăcină. ​

1k/3k/12k țesătură din fibră de carbon din fibră de carbon
În procesul de țesut, datorită numărului relativ mic de filamente, fiecare filament poate obține mai mult spațiu în structura de țesut, obținând astfel un aranjament mai regulat și ordonat. Când este adoptat procesul de țesut simplu, firele de urzeală și bătătură urmează cu strictețe regula de întrerupere a unuia în sus și una în jos, și se transformă înainte și înapoi unul cu celălalt. Acest model riguros și regulat de țesut creează în cele din urmă o structură de textură extrem de fină și delicată a țesăturii de 1k din fibră de carbon. Suprafața sa de pânză prezintă o textură delicată și netedă, ca și cum ar fi o lucrare fină de artă sculptată cu atenție de către meșteri de top, cu o textură uniformă și strânsă și aproape nici o lacune sau defecte evidente.
Această microstructură unică pune o bază solidă pentru performanțele extraordinare ulterioare a țesăturii simple din fibră de carbon de 1K în ceea ce privește rezistența și modulul. Aranjamentul de fibre strâns și regulat reduce considerabil probabilitatea de defecte structurale interne, astfel încât, atunci când este supus forțelor externe, stresul poate fi transmis eficient și uniform de -a lungul fibrei, evitând efectiv daunele structurale cauzate de concentrația locală de stres și oferind o garanție puternică pentru menținerea integrității structurale în medii de stres complexe. ​

Impactul procesului de producție asupra performanței
(I) Link de producție de fibre de carbon
Pretratarea materiei prime: producția de fibră de carbon de 1K începe cu screeningul strict al materiilor prime de înaltă calitate. Fibra poliacrilonitrilică, fibra de asfalt sau fibra de vâscoză sunt de obicei selectate ca materii prime inițiale. Calitatea acestor materii prime este direct legată de calitatea fibrei finale de carbon. Înainte de a intra în procesul de producție formală, trebuie să parcurgă mai multe procese de pretratare fină. Luând ca exemplu fibra de tigaie, trebuie să fie mai întâi tratată strict pentru a elimina impuritățile, petele de ulei și posibilii monomeri nepolimerizați atașați la suprafața fibrei prin curățarea chimică, filtrarea și alte mijloace pentru a asigura puritatea ridicată a materiilor prime. Această etapă este crucială pentru stabilitatea structurii fibrelor și uniformitatea performanței în timpul procesului de carbonizare ulterioară. Prezența impurităților poate provoca defecte locale în timpul carbonizării, afectând serios rezistența și modulul fibrei de carbon. ​
Controlul procesului de carbonizare: Carbonizarea este legătura de bază în transformarea fibrelor pretratate în fibre de carbon. Controlul precis al parametrilor cheie, cum ar fi temperatura, presiunea și timpul în acest proces, este o artă. Pentru fibra de carbon de 1K, datorită diametrului său mai subțire a filamentului, cerințele de precizie pentru controlul procesului în timpul procesului de carbonizare sunt aproape dure în comparație cu fibrele de carbon cu K ridicat. ​
În timpul etapei de încălzire, temperatura trebuie ridicată la intervalul predeterminat într -un ritm extrem de lent și uniform. Acest lucru se datorează faptului că o rată prea rapidă de încălzire poate provoca o creștere accentuată a tensiunii termice în interiorul fibrei, provocând ruperea fibrelor sau deformarea structurală internă. Când temperatura atinge un interval de carbonizare specific, apar modificări chimice complexe în interiorul fibrei, elementele care nu sunt carbonice scapă treptat sub formă de gaz, iar elementele de carbon încep să se reorganizeze și să se cristalizeze pentru a forma o structură microcristalină grafit foarte orientată. În acest proces, controlul precis al mediului de presiune ajută la promovarea aranjamentului ordonat al elementelor de carbon și la îmbunătățirea cristalinității și orientării fibrelor de carbon. În același timp, timpul de carbonizare durează câteva ore, iar durata specifică depinde de caracteristicile materiilor prime și de performanța produsului țintă. Controlul precis al timpului poate asigura că reacția de carbonizare este suficientă și moderată, evitând reacția incompletă care duce la performanțele slabe a fibrei de carbon și împiedicând carbonizarea excesivă să crească fragilitatea fibrei. Printr-un astfel de control al procesului de carbonizare fină, fibra de carbon de 1K poate forma o microstructură de înaltă calitate, punând o bază de performanță solidă pentru țesutul ulterior în pânză și pentru a face materiale compozite. ​

(Ii) Optimizarea procesului de țesut
Garanție de precizie a echipamentelor: În procesul de țesut de 1K fibră de carbon în pânză simplă, echipamentele avansate de țesut de înaltă precizie joacă un rol cheie. Acest tip de echipament este echipat cu un sistem sofisticat de control al mișcării care poate controla întreruperea firelor de urzeală și de bătătură extrem de precis. Tehnologia electronică Jacquard poate controla cu exactitate mișcarea de ridicare și coborâre a fiecărei fire de urzeală conform modelului de țesut presetat pentru a asigura o împletitură exactă cu firele de bătătură. În același timp, senzorul de tensiune monitorizează schimbările de tensiune ale firelor în timp real, iar dispozitivul de reglare automată este utilizat pentru a regla dinamic tensiunea, astfel încât firele de urzeală și bătătură mențin întotdeauna tensiunea uniformă și adecvată în timpul procesului de țesut. Pentru țesutul de pânză simplă din fibră de carbon de 1K, tensiunea prea mare poate determina ruperea monofilamentului, în timp ce tensiunea prea mică va face ca structura de țesut să fie dezlănțuită și va afecta performanța generală a pânzei. ​
Reglarea parametrilor procesului: Pe lângă precizia echipamentelor, optimizarea parametrilor procesului de țesut este, de asemenea, un mijloc important pentru îmbunătățirea calității cârpei de 1K din fibră de carbon. Viteza de țesut este un parametru cheie. Pentru fibra de carbon de 1K, viteza de țesut este de obicei controlată la un nivel relativ scăzut. Acest lucru se datorează faptului că viteza de țesut mai mică îi ajută pe operatori să observe și să controleze mai bine procesul de țesut și să descopere prompt și să rezolve posibile probleme, cum ar fi înfășurarea monofilamentului și firele rupte. Viteza de țesut lentă poate reduce deteriorarea mecanică a monofilamentului în timpul procesului de țesut și poate menține integritatea și performanța inițială a monofilamentului în cea mai mare măsură. Prin ajustarea unghiului de întrerupere a firelor de urzeală și de bătătură, schimbarea metodei de inserție a firelor de bătătură și a altor parametri de proces, structura pânzei simple poate fi optimizată în continuare pentru a face mai compactă și mai stabilă, oferind astfel un joc complet la puterea și mai mult avantajele modulului din fibra de carbon de 1k.

Analiza puterii și a avantajelor performanței modulului
(I) Mecanism de realizare a puterii de înaltă rezistență
Avantajele microstructurii: Când o cârpă de țesut simplă din fibră de carbon de 1K este agravată cu materiale matrice, cum ar fi rășina pentru prepararea materialelor compuse, performanța sa excelentă în forță este complet demonstrată. În microstructura materialului compozit, monofilamentele din fibră de carbon de 1K sunt aranjate în mod regulat în timpul procesului de țesut, astfel încât, după ce au fost compuse cu materialul matricial, orientarea și distribuirea fibrelor pot fi controlate extrem de precis. Studiile au arătat că în condiții ideale, gradul de orientare a fibrei de carbon de 1K în materialul compozit este extrem de mare, ceea ce înseamnă că cea mai mare parte a monofilamentelor din fibră de carbon poate fi în cea mai bună direcție de încărcare atunci când materialul este stresat. Când materialul compozit este supus unei forțe externe de tracțiune, stresul poate fi transmis rapid și eficient de -a lungul monofilamentelor din fibră de carbon. Deoarece fiecare monofilament poate oferi un joc complet caracteristicilor sale de înaltă rezistență, întregul material compozit poate rezista la o mare forță de tracțiune fără deformare sau fractură, care are avantaje semnificative față de rezistența la tracțiune a oțelului obișnuit. ​
Întărire de legătură de interfață: Pe lângă avantajele de orientare și distribuție ale fibrei în sine, legătura bună a interfeței între pânza de țesătură simplă din fibră de carbon 1K și materialul matricial este, de asemenea, unul dintre factorii cheie pentru a obține o rezistență ridicată. În procesul de preparare a materialelor compozite, performanța de legătură interfațială între fibra de carbon și rășina matricială poate fi îmbunătățită semnificativ prin tratarea chimică a suprafeței fibrei de carbon sau folosind agenți de cuplare speciali. Grupuri funcționale active sunt introduse pe suprafața fibrei de carbon prin tratamentul de oxidare. Aceste grupuri funcționale pot reacționa chimic cu molecule de rășină pentru a forma legături chimice, sporind astfel legarea interfațială între fibră și matrice. O bună legătură interfațială permite transferul și distribuirea efectiv a stresului între fibre și matrice atunci când materialul compus este supus stresului, evitând apariția fenomenelor de eșec, cum ar fi deconectarea interfeței și îmbunătățirea în continuare a rezistenței generale a materialului compus. ​

(Ii) Principiul intrinsec al modulului ridicat
Contribuția Performanței intrinseci din fibra de carbon: modulul este un indicator important al capacității materialului de a rezista deformării elastice, iar 1K țesătură de câmpie din fibră de carbon funcționează bine, de asemenea, în această privință. Modulul ridicat de țesătură de 1K din fibră de carbon este în primul rând datorită calității înalte a fibrei de carbon în sine. În timpul procesului de producție, printr -un control precis al procesului, se formează o structură microcristalină cu grafit extrem de orientată în fibra de carbon. Această structură conferă fibrei de carbon rigiditate axială extrem de ridicată, permițând fibrei de carbon să reziste eficient deformarea atunci când este supusă stresului. Datele de cercetare arată că modulul de tracțiune al fibrei de carbon de 1K de înaltă calitate are un avantaj semnificativ față de unele fibre de carbon de calitate scăzută sau alte materiale tradiționale din fibră. În 1K țesătură din fibră de carbon, datorită numărului mic de monofilamente și aranjamentului regulat, fibrele de carbon pot lucra împreună eficient atunci când sunt supuse forțelor externe. Atunci când materialul este supus unui stres de tracțiune sau compresiv, fibrele de carbon adiacente se pot sprijini reciproc și pot împărtăși forța externă împreună, rezistând astfel efectiv de deformare și făcând ca întreaga țesătură simplă să prezinte o proprietate mai mare a modulului. ​
Sinergia materialelor compozite: în sistemul de materiale compozite, sinergia dintre 1K țesătură din fibră de carbon și materialul matricial îmbunătățește în continuare performanța modulului materialului. Ca fază continuă, materialul matricial poate transfera uniform forțele externe în fibra de carbon, limitând în același timp deformarea laterală a fibrei de carbon. Ca fază de consolidare, țesătura de 1K din fibră de carbon oferă capacitatea principală de încărcare a materialului compozit cu caracteristicile sale ridicate ale modulului. În 1K din fibră de carbon de pânză simplă din fibră de carbon compozite cu matrice polimerică armată, prin proiectarea rațională a raportului dintre fibre și matrice și structura interfeței, modulul materialului compozit poate fi îmbunătățit semnificativ, ceea ce este mult mai mare decât modulul materialelor cu matrice pure și poate satisface nevoile multor scenarii de aplicare, cu cerințe extrem de mari pentru rigiditatea materialului.