1k koolstofvezel gewoon weven: het geheim achter zijn uitstekende sterkte en modulus

De structurele basis van 1k koolstofvezel vlak weven ​
1K koolstofvezel vlak weven, de "1K" hier geeft duidelijk aan dat de koolstofvezelleep uit 1000 filamenten bestaat. Vergeleken met de gemeenschappelijke 3K- en 12K -koolstofvezels heeft 1k koolstofvezel aanzienlijk minder filamenten. Dit basiskenmerk heeft een grote invloed op zijn daaropvolgende structurele vorming en prestatieprestaties uit de wortel. ​

1K/3K/12K/12k koolstofvezel vlak weefstof
In het weefproces kan elke gloeidraad vanwege het relatief kleine aantal filamenten meer ruimte verkrijgen in de weefstructuur, waardoor een meer regelmatige en ordelijke regeling wordt bereikt. Wanneer het gewone weefproces wordt aangenomen, volgen de warp- en inslaggarens strikt de verwevende regel van één op en één naar beneden, en ze pendelen heen en weer met elkaar. Dit rigoureuze en regelmatige weefpatroon creëert uiteindelijk een extreem fijne en delicate textuurstructuur van 1K koolstofvezel vlak weven. Het stoffenoppervlak presenteert een delicate en gladde textuur, alsof het een goed kunstwerk is dat zorgvuldig wordt gesneden door topambachtslieden, met een uniforme en strakke textuur, en bijna geen duidelijke gaten of fouten.
Deze unieke microstructuur legt een solide basis voor de daaropvolgende buitengewone prestaties van 1K koolstofvezel vlak weven in termen van sterkte en modulus. De strakke en reguliere vezelopstelling vermindert de kans op interne structurele defecten aanzienlijk, zodat wanneer onderworpen aan externe krachten, stress efficiënt en gelijkmatig langs de vezel kan worden overgedragen, waardoor structurele schade wordt veroorzaakt door lokale spanningsconcentratie en een sterke garantie biedt voor het handhaven van structurele integriteit onder complexe stressomgevingen. ​

De impact van het productieproces op de prestaties
(I) Koolstofvezelproductielink
Grondstofvoorbehandeling: de productie van 1K koolstofvezel begint met de strikte screening van grondstoffen van hoge kwaliteit. Polyacrylonitrilvezel, asfaltvezel of viscose -vezels worden meestal geselecteerd als de initiële grondstoffen. De kwaliteit van deze grondstoffen is direct gerelateerd aan de kwaliteit van de uiteindelijke koolstofvezel. Voordat het het formele productieproces invoert, moet het meerdere fijne voorbehandelingsprocessen doorlopen. Als een voorbeeld van Pan Fiber, moet het eerst strikt worden behandeld om onzuiverheden, olievlekken en mogelijke ongepolymeriseerde monomeren te verwijderen die aan het vezeloppervlak zijn bevestigd door chemische reiniging, filtratie en andere middelen om de hoge zuiverheid van de grondstoffen te waarborgen. Deze stap is cruciaal voor de stabiliteit van de vezelstructuur en de uniformiteit van de prestaties tijdens het daaropvolgende carbonisatieproces. De aanwezigheid van onzuiverheden kan lokale defecten tijdens de carbonisatie veroorzaken, waardoor de sterkte en modulus van de koolstofvezel ernstig wordt beïnvloed. ​
Controle van carbonisatieproces: carbonisatie is de kernverbinding bij het omzetten van voorbehandelde vezels in koolstofvezels. De precieze regeling van belangrijke parameters zoals temperatuur, druk en tijd in dit proces is een kunst. Voor 1K koolstofvezel zijn de precisievereisten voor procescontrole tijdens het carbonisatieproces bijna hard in vergelijking met high-K koolstofvezels vanwege de dunnere diameter van een enkele gloeddiameter. ​
Tijdens de verwarmingsfase moet de temperatuur met een extreem langzame en uniforme snelheid naar het vooraf bepaalde bereik worden verhoogd. Dit komt omdat een te snel een verwarmingssnelheid een sterke toename van thermische spanning in de vezel kan veroorzaken, waardoor vezelbreuk of interne structurele vervorming veroorzaakt. Wanneer de temperatuur een specifiek carbonisatiebereik bereikt, treden complexe chemische veranderingen op in de vezel, niet-koolstofelementen ontsnappen geleidelijk in de vorm van gas en koolstofelementen beginnen te herschikken en kristalliseren om een sterk georiënteerde grafiet microcristallijne structuur te vormen. In dit proces helpt de precieze controle van de drukomgeving de geordende opstelling van koolstofelementen te bevorderen en de kristalliniteit en oriëntatie van koolstofvezels te verbeteren. Tegelijkertijd duurt de carbonisatietijd enkele uren en hangt de specifieke duur af van de kenmerken van de grondstoffen en de prestaties van het doelproduct. Nauwkeurige tijdscontrole kan ervoor zorgen dat de carbonisatiereactie voldoende en matig is, waardoor onvolledige reactie wordt vermeden, wat leidt tot slechte prestaties van koolstofvezel en het voorkomen van overmatige carbonisatie verhoogt de vezelbrosheid. Door een dergelijke fijne carbonisatieproces kan 1K koolstofvezel een hoogwaardige microstructuur vormen, waardoor een solide prestatie-basis wordt gelegd voor daaropvolgend weven in doek en composietmaterialen maken. ​

(Ii) Optimalisatie van het weven van proces
Apparatuurnauwkeurigheid Garantie: in het proces van het weven van 1k koolstofvezel in gewoon doek, speelt geavanceerde zeer nauwkeurige wevenapparatuur een sleutelrol. Dit type apparatuur is uitgerust met een geavanceerd bewegingscontrolesysteem dat het verweven van warp- en inslaggarens extreem nauwkeurig kan regelen. De elektronische Jacquard -technologie kan de tillen- en verlagingsbeweging van elk warp -garen nauwkeurig regelen volgens het vooraf ingestelde weefpatroon om een nauwkeurige verwevening met het inslaggaren te garanderen. Tegelijkertijd bewaakt de spanningssensor de spanningsveranderingen van het garen in realtime en wordt het automatische aanpassingsapparaat gebruikt om de spanning dynamisch aan te passen, zodat de ketting- en inslaggarens altijd uniforme en passende spanning behouden tijdens het weefproces. Voor het weven van 1K koolstofvezelvrije doek, kan een te hoge spanning ertoe leiden dat het monofilament brak, terwijl een te lage spanning de weefstructuur los zal maken en de algehele prestaties van het doek beïnvloedt. ​
Aanpassing van procesparameters: naast de nauwkeurigheid van de apparatuur is de optimalisatie van weefprocesparameters ook een belangrijk middel om de kwaliteit van 1K koolstofvezelvrije doek te verbeteren. Weefsnelheid is een belangrijke parameter. Voor 1k koolstofvezel wordt de weefsnelheid meestal geregeld op een relatief laag niveau. Dit komt omdat de lagere weefsnelheid operators helpt om het weefproces beter te observeren en te beheersen en mogelijke problemen zoals monofilamentwikkeling en gebroken draden onmiddellijk te ontdekken en op te lossen. Langzame wevende snelheid kan de mechanische schade aan het monofilament tijdens het weefproces verminderen en de integriteit en de oorspronkelijke prestaties van het monofilament in de grootste mate behouden. Door de verwevende hoek van de ketting- en inslaggarens aan te passen, de invoegingsmethode van de inslaggarens en andere procesparameters te wijzigen, kan de structuur van het gewone doek verder worden geoptimaliseerd om het compacter en stabieler te maken, waardoor de sterkte en modulusvoordelen van 1K koolstofvezel zelf worden gemaakt.

Analyse van kracht- en modulusprestatievoordelen
(I) Hoge sterkte van het bereiken van mechanisme
Microstructuurvoordelen: wanneer 1K koolstofvezel vlak wevendoek wordt verergerd met matrixmaterialen zoals hars om composietmaterialen te bereiden, worden de uitstekende prestaties ervan volledig aangetoond. In de microstructuur van het composietmateriaal zijn de 1K koolstofvezelmonofilamenten zeer regelmatig gerangschikt tijdens het weefproces, zodat na zijn samengesteld met het matrixmateriaal, de oriëntatie en verdeling van de vezels extreem nauwkeurig kan worden gecontroleerd. Studies hebben aangetoond dat onder ideale omstandigheden de oriëntatiegraad van 1K koolstofvezel in het composietmateriaal extreem hoog is, wat betekent dat de meeste koolstofvezelmonofilamenten in de beste belastingdragende richting kunnen zijn wanneer het materiaal wordt benadrukt. Wanneer het composietmateriaal wordt onderworpen aan trekachtige externe kracht, kan de spanning snel en efficiënt worden overgedragen langs de koolstofvezelmonofilamenten. Omdat elk monofilament volledig kan spelen aan zijn hoge sterkte -kenmerken, kan het hele composietmateriaal de grote trekkracht weerstaan zonder vervorming of breuk, die aanzienlijke voordelen heeft ten opzichte van de treksterkte van gewoon staal. ​
Interface -bindingsversterking: naast de oriëntatie- en distributievoordelen van de vezel zelf, is de goede interface tussen 1K koolstofvezel vlak wevendoek en het matrixmateriaal ook een van de belangrijkste factoren om hoge sterkte te bereiken. In het bereidingsproces van composietmaterialen kan de grensvlakbindingsprestaties tussen koolstofvezel en matrixhars aanzienlijk worden verbeterd door het oppervlak van koolstofvezel chemisch te behandelen of speciale koppelingsmiddelen te gebruiken. Actieve functionele groepen worden geïntroduceerd op het oppervlak van koolstofvezel door oxidatiebehandeling. Deze functionele groepen kunnen chemisch reageren met harsmoleculen om chemische bindingen te vormen, waardoor de grensvlakbinding tussen vezels en matrix wordt verbeterd. Goede grensvlakbinding kan stress effectief worden overgedragen en verdeeld tussen vezels en matrix wanneer het composietmateriaal wordt onderworpen aan stress, waardoor het optreden van faalfenomenen zoals interface -ontluchting wordt vermeden en de algehele sterkte van het composietmateriaal verder wordt verbeterd. ​

(Ii) Het intrinsieke principe van hoge modulus
Bijdrage van intrinsieke prestaties van koolstofvezel: Modulus is een belangrijke indicator voor het vermogen van het materiaal om te weerstaan dat elastische vervorming is, en 1K koolstofvezelvrije weven presteert ook goed in dit opzicht. De hoge modulus van 1K koolstofvezel vlak weven is in de eerste plaats te wijten aan de hoge kwaliteit van de koolstofvezel zelf. Tijdens het productieproces, door precieze procescontrole, wordt een sterk georiënteerde grafiet microkristallijne structuur gevormd in de koolstofvezel. Deze structuur geeft de koolstofvezel extreem hoge axiale stijfheid, waardoor de koolstofvezel de vervorming effectief kan weerstaan wanneer ze worden onderworpen aan stress. Onderzoeksgegevens tonen aan dat de trekmodulus van hoogwaardige 1k koolstofvezel een aanzienlijk voordeel heeft ten opzichte van koolstofvezel van lage kwaliteit of andere traditionele vezelmaterialen. In 1K Coole Fiber Place Weave, vanwege het kleine aantal monofilamenten en reguliere opstelling, kunnen de koolstofvezels efficiënt samenwerken wanneer ze worden onderworpen aan externe krachten. Wanneer het materiaal wordt onderworpen aan trek- of drukspanning, kunnen aangrenzende koolstofvezels elkaar ondersteunen en de externe kracht samen delen, waardoor de vervorming effectief wordt weerstaan en de hele gewone weven een hogere modulus -eigenschap vertoont. ​
Synergie van composietmateriaal: in het composietmateriaalsysteem verbetert de synergie tussen 1K koolstofvezel vlak weven en het matrixmateriaal verder de modulusprestaties van het materiaal. Als een continue fase kan het matrixmateriaal externe krachten gelijkmatig overbrengen naar de koolstofvezel terwijl de laterale vervorming van de koolstofvezel wordt beperkt. Als een versterkingsfase biedt de 1K koolstofvezelvrije weven de belangrijkste belastingdragende capaciteit voor het composietmateriaal met zijn hoge moduluskenmerken. In 1K koolstofvezel vlak doek versterkte polymeermatrixcomposieten, door de verhouding van vezel tot matrix en de interface -structuur rationeel te ontwerpen, kan de modulus van het composietmateriaal aanzienlijk worden verbeterd, wat veel hoger is dan de modulus van zuivere matrixmaterialen en kan voldoen aan de behoeften van veel applicatiescenario's met extreem hoge vereisten voor materialenstijfheid.