Comprensión superficial del flujo de procesamiento de tableros de fibra de carbono y los campos de aplicación.
Los materiales compuestos de fibra de carbono son materiales estructurales fabricados combinando fibras de carbono con matrices como resina, metal, cerámica, etc. Los materiales compuestos de resina epoxi reforzada con fibra de carbono tienen los indicadores integrales más altos de resistencia específica y módulo específico entre los materiales estructurales existentes. En campos con requisitos estrictos de densidad, rigidez, peso, características de fatiga y en situaciones donde se requieren altas temperaturas y estabilidad química, los materiales compuestos de fibra de carbono tienen ventajas significativas. El tablero de fibra de carbono es una de las principales formas de aplicación de los materiales compuestos de fibra de carbono, ampliamente utilizado en diversas industrias y convirtiéndose en un nuevo material insustituible.
La materia prima utilizada en el procesamiento de láminas de fibra de carbono es el preimpregnado de fibra de carbono, que se divide en 1k, 3k, 6k, 12k, etc. según el tamaño de los haces de fibra de carbono en el preimpregnado. Generalmente, se usa comúnmente 3k y la textura de la superficie de la lámina se puede dividir en tejido tafetán y tejido diagonal. Según el efecto del tratamiento de la superficie, se puede dividir en brillante y mate, y también se puede tallar según los requisitos. Los procedimientos de procesamiento específicos incluyen corte, estratificación, curado, corte y posprocesamiento de materias primas.
1. Corte de preimpregnado:
El preimpregnado debe cortarse de acuerdo con el largo y el ancho del tablero, y el grosor del preimpregnado debe determinarse en función del grosor del tablero. Los espesores de lámina convencionales incluyen {{0}}.2 mm, 0.5 mm, 1,0mm, 1,5 mm, 2,0mm, 3,{{13 }}mm, 5,0mm, 6,0mm, 10,0 mm, 20 mm, etc. Shandong Yingteli New Materials Co., Ltd. tiene muchos años Tiene una rica experiencia en la producción de tableros de fibra de carbono y puede personalizar tableros de fibra de carbono de diferentes espesores según las necesidades del cliente. Cuanto más gruesa sea la placa, más capas de preimpregnado deberán apilarse. Generalmente, un tablero con un espesor de 2 mm requiere 10 capas de preimpregnado. La empresa ha introducido la máquina de corte automática American GeBo para el procesamiento inicial de preimpregnados, que controla mejor el tamaño y la calidad del corte. El equipo de producción avanzado garantiza la calidad del producto. Se debe llevar a cabo un diseño razonable antes de cortar el preimpregnado y, mediante la optimización del diseño, el preimpregnado se puede utilizar al máximo para reducir la generación de márgenes de borde y reducir los costos de producción.
2. Colocación de preimpregnado:
Determine la dirección de colocación y la secuencia del preimpregnado en función de los requisitos de fuerza de tracción, fuerza cortante y resistencia del tablero. La dirección de colocación incluye 0 grados, 45 grados, 90 grados y -45 grados. En la operación práctica, la secuencia de tendido debe seleccionarse de acuerdo con el tipo de carga que soporta, para maximizar la utilización del alto rendimiento de la fibra en la dirección axial.
La dirección de colocación de la fibra debe establecerse de acuerdo con la dirección principal de la carga. En el estado de tensión puntual, la capa de tendido con un ángulo de {{0}} grados corresponde a la tensión normal, la capa de tendido con un ángulo de ± 45 grados corresponde al esfuerzo cortante y la capa de tendido con un ángulo Se utiliza un ángulo de 90 grados para asegurar suficiente presión positiva en la dirección radial de la pieza de material compuesto. Si la carga soportada por el tablero de material compuesto es principalmente una carga de tracción y compresión, entonces la dirección de colocación debe seleccionarse en la dirección de la carga de tracción y compresión; Si la carga soportada por los componentes de material compuesto es principalmente una carga de corte, entonces las capas deben colocarse en pares a 45 grados y -45 grados; Si la situación de carga que soportan las piezas de material compuesto es compleja e incluye múltiples cargas, el diseño de capas debe mezclarse en múltiples direcciones de 0 grados, ± 45 grados y 90 grados.
En resumen, las diferentes secuencias de capas no solo afectan la carga inicial, la velocidad de propagación y la tenacidad a la fractura de las grietas de la matriz, sino que también tienen un impacto significativo en la saturación y la densidad de las grietas de la matriz. Por ejemplo, para laminados ortogonales, existe una relación correspondiente entre la tenacidad a la fractura y la velocidad de propagación de grietas bajo la misma carga externa. Sin embargo, las ventajas y desventajas de diferentes secuencias de estratificación no se pueden generalizar. Las ventajas de diseño de los materiales compuestos deben aprovecharse plenamente de acuerdo con los diferentes requisitos de uso.
3. Curado de preimpregnado:
Después de cortar y apilar ordenadamente, el preimpregnado debe entrar en el proceso de horneado y curado. El material preimpregnado se coloca en un molde a una temperatura predeterminada y se calienta bajo presión. El molde de prensado en caliente se cierra y el material laminado se solidifica gradualmente bajo prensado en caliente y alcanza un cierto grado de solidificación. El molde se abre y es retirado del molde de prensado en caliente mediante un dispositivo de tracción, completando el proceso de solidificación.
Durante todo el proceso de curado, el tiempo y la temperatura de curado deben ajustarse en etapas de acuerdo con los requisitos de rendimiento del tablero. Las diferentes temperaturas y tiempos de calentamiento afectarán las propiedades del material de los tableros de fibra de carbono. En el proceso de producción real, manteniendo la estabilidad dimensional durante la etapa de poscurado de las piezas, el tiempo de la etapa de prensado en caliente debe acortarse tanto como sea posible.
La producción tradicional utiliza tecnología de moldeo por compresión para producir tableros de fibra de carbono, mientras que todos los tableros de fibra de carbono producidos por Yingteli New Materials Company se producen utilizando tecnología de tanque de prensado en caliente. En comparación con la tecnología de moldeo por compresión, este proceso tiene una mejor estabilidad del producto, tratamiento de superficie, tolerancia de espesor y otros aspectos, lo que garantiza una sólida calidad del producto.
4. Postprocesamiento de chapa:
Después de curar y formar, los tableros de fibra de carbono deben someterse a un posprocesamiento, como corte y perforación, para requisitos de precisión o necesidades de ensamblaje. Bajo los mismos parámetros del proceso de corte, profundidad de corte y otras condiciones, la selección de diferentes materiales, tamaños y formas de herramientas de corte y brocas puede generar diferencias significativas en la efectividad. Al mismo tiempo, factores como la fuerza, la dirección, el tiempo y la temperatura de las herramientas de corte y las brocas también pueden afectar a los resultados del mecanizado.
En el proceso de posprocesamiento, es aconsejable elegir herramientas afiladas con revestimiento de diamante y brocas de aleación dura y sólida. La resistencia al desgaste de las herramientas y de las brocas determina la calidad del procesamiento y la vida útil de las herramientas. Si las herramientas de corte y los taladros no están lo suficientemente afilados o se usan incorrectamente, no solo acelerará el desgaste y aumentará el costo de procesamiento del producto, sino que también causará daños al tablero, afectando la forma y el tamaño del tablero, así como la Estabilidad de las dimensiones de los agujeros, ranuras y otras piezas de procesamiento en el tablero. En casos severos, puede causar desgarros en capas o incluso el colapso del material, lo que resulta en el desguace de todo el tablero.
Al perforar láminas de fibra de carbono, cuanto más rápida sea la velocidad de rotación, mejor será el efecto. En términos de selección de broca, el diseño exclusivo de la punta de perforación de la broca de hoja frontal PCD8 es más adecuado para láminas de fibra de carbono, que pueden penetrar mejor las láminas de fibra de carbono y reducir el riesgo de delaminación.
5. Corte por láser
Después de que el tablero de fibra de carbono se forma en una estructura integral de una sola vez, a menudo es necesario procesarlo mediante corte y otros métodos de mecanizado para cumplir con los requisitos de ensamblaje. Los métodos de mecanizado tradicionales incluyen torneado, fresado, rectificado, taladrado y otros métodos de procesamiento mecánico. El tablero de fibra de carbono tiene alta resistencia y fragilidad. Si el método de procesamiento mecánico tradicional se usa incorrectamente, acelerará el desgaste de la herramienta, aumentará los costos y fácilmente provocará fracturas y deformaciones del material, etc. Especialmente al perforar pequeños orificios en tableros de fibra de carbono, es más probable que cause un procesamiento deficiente del material o incluso chatarra. El corte por láser es un método de procesamiento sin contacto que puede resolver eficazmente los problemas encontrados durante el procesamiento de tableros de fibra de carbono.
Precauciones para el corte por láser:
El tablero de fibra de carbono contiene una gran cantidad de resina y durante el proceso de corte se generará una gran cantidad de gases y olores tóxicos. Por lo tanto, los operadores deben usar herramientas de protección profesionales y el equipo de corte debe prestar atención a la ventilación y el escape.
El láser cuasi continuo de modo único tiene una potencia máxima alta, mejor calidad del haz y mayor densidad de potencia. Tiene un área afectada por el calor más pequeña para cortar tableros de fibra de carbono, es menos propenso a rebabas y rebordes, no rompe ni deforma el material y es menos propenso a la oxidación. La calidad de corte es mejor que la del láser continuo, lo que lo convierte en una opción ideal para procesar tableros de fibra de carbono.
Áreas de aplicación del tablero de fibra de carbono.
Los tableros de fibra de carbono bien hechos tienen patrones claros, superficies lisas, brillo similar al espejo y pequeñas tolerancias de espesor. Tienen ventajas como alta resistencia, peso ligero, resistencia a la corrosión y pequeña variación bajo grandes diferencias de temperatura. Por lo tanto, pueden usarse ampliamente en diversos componentes estructurales de alta resistencia que requieren reducción de peso. Los siguientes son actualmente los campos más maduros y utilizados.
1. Carcasa del dron
El chasis de un dron es el soporte de todo el sistema de vuelo, y los componentes principales, como el control de vuelo y el GPS, deben estar envueltos y protegidos por la carrocería. El uso de materiales livianos y de alta resistencia, como láminas de fibra de carbono, puede ayudar a mejorar la confiabilidad y precisión del rendimiento de los drones. El cuerpo hecho de lámina de fibra de carbono es liviano, pero su resistencia a la tracción puede alcanzar más de 10 veces la del acero común. Tiene una excelente resistencia a la fluencia y resistencia sísmica, así como buena durabilidad y resistencia a la corrosión. También tiene cierta tolerancia a la corrosión ácida, alcalina, salina y atmosférica, lo que puede prolongar eficazmente la vida útil de los vehículos aéreos no tripulados. Tiene las características de buena planitud, alto brillo superficial y hermosa apariencia en términos de apariencia. Actualmente, drones de alta gama han comenzado a utilizar este material a gran escala.
2. Tablero de cama para CT médico
Además de excelentes propiedades mecánicas, los materiales compuestos de fibra de carbono también tienen las características de alta transmitancia de rayos X y baja pérdida en la producción de láminas de fibra de carbono. La transmitancia de rayos X de las láminas de fibra de carbono producidas por Yingteli New Materials Company puede alcanzar el 98%, pero el consumo de dispersión y absorción es solo del 2% y la pérdida total es menos de 1/5 de la del aluminio. Después de varias pruebas de rendimiento, se han utilizado ampliamente en sábanas de CT médicas. Además, su densidad es muy baja, solo 1,5 g/cm3, y su uso es liviano, lo que lo hace ampliamente utilizado en diversos dispositivos médicos, como tablas de cama para CT y bandejas para mama. Sin embargo, los tableros de fibra de carbono utilizados para dispositivos médicos tienen requisitos muy altos en términos de calidad y diversos indicadores. Tomando como ejemplo un tablero médico de fibra de carbono personalizado por Shandong Yingteli New Materials Co., Ltd. para un conocido fabricante de dispositivos médicos en China, este producto de tablero de fibra de carbono requiere patrones de fibra de carbono claros y prolijos, sin patrones desordenados, un acabado suave. superficie, e incluso pequeñas impurezas, manchas blancas, rayones, hoyos y poros que no pueden pasar la inspección de aceptación. La tolerancia del espesor debe mantenerse dentro de ± 0.05 mm y la planitud del tablero debe cumplir con los estándares internacionales pertinentes. Por lo tanto, para garantizar la calidad, todos los procesos de producción de este tipo de tableros deben realizarse en una sala limpia y requieren el uso de tecnología de tanque de prensado en caliente. Cada proceso debe someterse a una estricta inspección, para que el producto final pueda cumplir con los estándares para el uso de equipos de radiación de alta precisión.
3. Componentes industriales
Debido a que la lámina de fibra de carbono tiene capacidad de procesamiento, se puede procesar en varias formas de superficies planas según los dibujos, y se pueden hacer varios orificios y ranuras en la lámina para una fácil combinación con otros componentes. Por lo tanto, muchas máquinas de alta precisión lo utilizan para reemplazar materiales metálicos en la fabricación de piezas. Los componentes mecánicos fabricados con láminas de fibra de carbono tienen las características de peso ligero, alta resistencia y resistencia al desgaste. Según las necesidades mecánicas, también se pueden personalizar y seleccionar propiedades específicas como retardo de llama, endurecimiento y no conductividad.
Ventajas y desventajas del refuerzo de tableros de fibra de carbono:
El panel reforzado con fibra de carbono es un material utilizado para reforzar estructuras, normalmente en campos como la construcción, la ingeniería civil, la fabricación de automóviles y el sector aeroespacial. Estas son algunas de las principales ventajas y desventajas de los paneles reforzados con fibra de carbono:
Ventaja:
1. Rendimiento de alta resistencia y ligereza: los paneles reforzados con fibra de carbono tienen una excelente resistencia y rigidez, a la vez que son muy livianos, lo que los convierte en una opción ideal para refuerzo estructural. Suelen ser mucho más ligeros que el acero tradicional y pueden proporcionar una resistencia considerable.
2. Resistencia a la corrosión: Los paneles reforzados con fibra de carbono no se oxidan ni corroen, lo que los hace funcionar bien en ambientes húmedos o corrosivos. Esta es una clara ventaja en comparación con los materiales de refuerzo metálicos.
3. Fácil de instalar: La instalación de paneles reforzados con fibra de carbono suele ser más sencilla y rápida que los métodos tradicionales de refuerzo estructural. Se pueden adaptar y personalizar fácilmente para adaptarse a diferentes formas estructurales.
4. Reducir el tiempo de construcción: Debido a la rápida instalación de paneles reforzados con fibra de carbono, el tiempo de construcción se puede reducir significativamente, disminuyendo así el costo total del proyecto.
Desventajas:
1. Alto costo: Los paneles reforzados con fibra de carbono suelen ser más costosos que algunos materiales de refuerzo estructural tradicionales (como el acero), lo que puede aumentar el costo total del proyecto.
2. Fragilidad: aunque las placas reforzadas con fibra de carbono son muy poderosas, pueden presentar fragilidad cuando se someten a impactos o flexión, a diferencia de algunos materiales metálicos que tienen ductilidad.
3. Clave para la calidad de la unión: los paneles reforzados con fibra de carbono generalmente requieren el uso de adhesivos o agentes adhesivos especiales para unirlos a la superficie de la estructura. Esto significa que la calidad de la unión es crucial para el efecto de refuerzo, y una unión inadecuada puede conducir a un refuerzo estructural deficiente.
4. Impacto ambiental: Aunque la fibra de carbono en sí es un material renovable, su proceso de producción implica tratamientos a alta temperatura y productos químicos nocivos, que pueden tener un cierto impacto en el medio ambiente. Además, la eliminación de paneles reforzados con fibra de carbono desechados también puede tener problemas medioambientales.
En general, los paneles reforzados con fibra de carbono tienen muchas ventajas en el campo del refuerzo estructural, pero también presentan algunas desventajas. La elección de utilizar paneles reforzados con fibra de carbono debe determinarse en función de los requisitos y el presupuesto específicos del proyecto.