1k Carbon Fiber Plain Weave: Rahasia di balik kekuatan dan modulus yang sangat baik

Dasar struktural 1k karbon serat menenun ​
1K karbon serat dolar menenun, "1k" di sini jelas menunjukkan bahwa tow serat karbon terdiri dari 1000 filamen. Dibandingkan dengan serat karbon 3K dan 12K yang umum, serat karbon 1K memiliki filamen secara signifikan lebih sedikit. Karakteristik dasar ini memiliki dampak mendalam pada pembentukan struktural berikutnya dan kinerja kinerja dari root. ​

1k/3k/12k karbon serat kain tenun polos
Dalam proses tenun, karena jumlah filamen yang relatif kecil, setiap filamen dapat memperoleh lebih banyak ruang dalam struktur tenun, sehingga mencapai pengaturan yang lebih teratur dan tertib. Ketika proses menenun polos diadopsi, lungsin dan benang pakan dengan ketat mengikuti aturan jalinan satu ke atas dan satu ke bawah, dan mereka berlabuh bolak -balik satu sama lain. Pola tenun yang ketat dan teratur ini pada akhirnya menciptakan struktur tekstur serat karbon 1K yang sangat halus dan halus. Permukaan kainnya menyajikan tekstur halus dan halus, seolah -olah itu adalah karya seni yang bagus yang diukir dengan hati -hati oleh pengrajin top, dengan tekstur yang seragam dan ketat, dan hampir tidak ada celah atau kekurangan yang jelas.
Struktur mikro yang unik ini memiliki dasar yang kuat untuk kinerja luar biasa selanjutnya dari 1K karbon serat dataran dalam hal kekuatan dan modulus. Pengaturan serat yang ketat dan teratur sangat mengurangi kemungkinan cacat struktural internal, sehingga ketika mengalami kekuatan eksternal, stres dapat ditransmisikan secara efisien dan merata di sepanjang serat, secara efektif menghindari kerusakan struktural yang disebabkan oleh konsentrasi stres lokal, dan memberikan jaminan yang kuat untuk menjaga integritas struktural di bawah lingkungan stres yang kompleks. ​

Dampak proses produksi pada kinerja
(I) Tautan produksi serat karbon
Pretreatment Bahan Baku: Produksi serat karbon 1K dimulai dengan penyaringan ketat bahan baku berkualitas tinggi. Serat polyacrylonitrile, serat aspal atau serat viscose biasanya dipilih sebagai bahan baku awal. Kualitas bahan baku ini secara langsung terkait dengan kualitas serat karbon akhir. Sebelum memasuki proses produksi formal, ia harus melalui beberapa proses pretreatment yang bagus. Mengambil serat panci sebagai contoh, pertama -tama harus dirawat secara ketat untuk menghilangkan kotoran, noda minyak dan kemungkinan monomer yang tidak terpolimerisasi yang melekat pada permukaan serat melalui pembersihan kimia, penyaringan dan cara lain untuk memastikan kemurnian bahan baku yang tinggi. Langkah ini sangat penting untuk stabilitas struktur serat dan keseragaman kinerja selama proses karbonisasi berikutnya. Kehadiran kotoran dapat menyebabkan cacat lokal selama karbonisasi, secara serius mempengaruhi kekuatan dan modulus serat karbon. ​
Kontrol Proses Karbonisasi: Karbonisasi adalah hubungan inti dalam mengubah serat pretreated menjadi serat karbon. Kontrol yang tepat dari parameter kunci seperti suhu, tekanan dan waktu dalam proses ini adalah suatu seni. Untuk serat karbon 1K, karena diameter filamen tunggal yang lebih tipis, persyaratan presisi untuk kontrol proses selama proses karbonisasi hampir keras dibandingkan dengan serat karbon K tinggi. ​
Selama tahap pemanasan, suhu perlu dinaikkan ke kisaran yang telah ditentukan pada laju yang sangat lambat dan seragam. Ini karena terlalu cepat laju pemanasan dapat menyebabkan peningkatan tajam dalam tegangan termal di dalam serat, menyebabkan kerusakan serat atau deformasi struktural internal. Ketika suhu mencapai kisaran karbonisasi spesifik, perubahan kimia yang kompleks terjadi di dalam serat, unsur-unsur non-karbon secara bertahap keluar dalam bentuk gas, dan elemen karbon mulai mengatur ulang dan mengkristal untuk membentuk struktur mikrokristalin grafit yang sangat berorientasi. Dalam proses ini, kontrol yang tepat dari lingkungan tekanan membantu mempromosikan susunan elemen karbon yang tertib dan meningkatkan kristalinitas dan orientasi serat karbon. Pada saat yang sama, waktu karbonisasi berlangsung selama beberapa jam, dan durasi spesifik tergantung pada karakteristik bahan baku dan kinerja produk target. Kontrol waktu yang tepat dapat memastikan bahwa reaksi karbonisasi cukup dan sedang, menghindari reaksi yang tidak lengkap yang mengarah pada kinerja serat karbon yang buruk dan mencegah karbonisasi yang berlebihan dari peningkatan kerapuhan serat. Melalui kontrol proses karbonisasi halus seperti itu, serat karbon 1K dapat membentuk struktur mikro berkualitas tinggi, meletakkan fondasi kinerja yang solid untuk menenun selanjutnya menjadi kain dan membuat bahan komposit. ​

(Ii) Optimalisasi Proses Menenun
Garansi Akurasi Peralatan: Dalam proses menenun serat karbon 1K ke dalam kain biasa, peralatan tenun presisi tinggi canggih memainkan peran kunci. Jenis peralatan ini dilengkapi dengan sistem kontrol gerak yang canggih yang dapat mengontrol jalinan lungsin dan benang pakan dengan sangat akurat. Teknologi Jacquard elektronik dapat secara akurat mengontrol pergerakan pengangkat dan penurunan setiap benang lungsin sesuai dengan pola tenun yang telah ditentukan untuk memastikan jalinan yang akurat dengan benang pakan. Pada saat yang sama, sensor tegangan memantau perubahan tegangan benang secara real time, dan perangkat penyesuaian otomatis digunakan untuk secara dinamis menyesuaikan tegangan, sehingga lungsin dan benang pakan selalu mempertahankan ketegangan yang seragam dan sesuai selama proses tenun. Untuk menenun kain polos serat karbon 1K, ketegangan yang terlalu tinggi dapat menyebabkan monofilamen pecah, sementara ketegangan yang terlalu rendah akan membuat struktur tenun longgar dan mempengaruhi kinerja kain secara keseluruhan. ​
Penyesuaian parameter proses: Selain akurasi peralatan, optimalisasi parameter proses tenun juga merupakan cara penting untuk meningkatkan kualitas kain polos serat karbon 1K. Kecepatan menenun adalah parameter utama. Untuk serat karbon 1K, kecepatan tenun biasanya dikontrol pada tingkat yang relatif rendah. Ini karena kecepatan tenun yang lebih rendah membantu operator lebih baik mengamati dan mengendalikan proses tenun, dan segera menemukan dan menyelesaikan kemungkinan masalah seperti lilitan monofilamen dan kabel yang rusak. Kecepatan tenun yang lambat dapat mengurangi kerusakan mekanis pada monofilamen selama proses menenun dan mempertahankan integritas dan kinerja asli monofilamen sampai tingkat terbesar. Dengan menyesuaikan sudut jalinan lungsin dan benang pakan, mengubah metode penyisipan benang pakan dan parameter proses lainnya, struktur kain polos dapat dioptimalkan lebih lanjut untuk membuatnya lebih kompak dan stabil, sehingga memberikan permainan penuh pada kekuatan dan modulus keunggulan serat karbon 1K itu sendiri.

Analisis Kekuatan dan Keuntungan Kinerja Modulus
(I) Mekanisme pencapaian kekuatan tinggi
Keuntungan Mikrostruktur: Ketika 1K karbon serat menenun kain diperparah dengan bahan matriks seperti resin untuk menyiapkan bahan komposit, kinerja yang sangat baik dalam kekuatan ditunjukkan sepenuhnya. Dalam struktur mikro dari bahan komposit, monofilamen serat karbon 1K diatur secara teratur selama proses tenun, sehingga setelah diperparah dengan bahan matriks, orientasi dan distribusi serat dapat dikontrol secara akurat. Studi telah menunjukkan bahwa dalam kondisi ideal, tingkat orientasi serat karbon 1K dalam bahan komposit sangat tinggi, yang berarti bahwa sebagian besar monofilamen serat karbon dapat berada dalam arah bantalan beban terbaik ketika bahan ditekankan. Ketika bahan komposit mengalami gaya eksternal tarik, tegangan dapat dengan cepat dan efisien ditransmisikan di sepanjang monofilamen serat karbon. Karena setiap monofilamen dapat memberikan permainan penuh pada karakteristik kekuatannya yang tinggi, seluruh bahan komposit dapat menahan gaya tarik besar tanpa deformasi atau fraktur, yang memiliki keunggulan signifikan dibandingkan kekuatan tarik baja biasa. ​
Penguatan ikatan antarmuka: Selain keunggulan orientasi dan distribusi serat itu sendiri, ikatan antarmuka yang baik antara 1K karbon serat menenun kain dan bahan matriks juga merupakan salah satu faktor kunci untuk mencapai kekuatan tinggi. Dalam proses persiapan bahan komposit, kinerja ikatan antarmuka antara serat karbon dan resin matriks dapat secara signifikan ditingkatkan dengan memperlakukan permukaan serat karbon secara kimia atau menggunakan agen kopling khusus. Kelompok fungsional aktif diperkenalkan pada permukaan serat karbon dengan perlakuan oksidasi. Kelompok fungsional ini dapat bereaksi secara kimia dengan molekul resin untuk membentuk ikatan kimia, sehingga meningkatkan ikatan antarmuka antara serat dan matriks. Ikatan antarmuka yang baik memungkinkan stres ditransfer secara efektif dan didistribusikan antara serat dan matriks ketika bahan komposit mengalami stres, menghindari terjadinya fenomena kegagalan seperti debonding antarmuka, dan lebih lanjut meningkatkan kekuatan keseluruhan bahan komposit. ​

(Ii) Prinsip intrinsik modulus tinggi
Kontribusi Kinerja Intrinsik Serat Karbon: Modulus adalah indikator penting dari kemampuan material untuk menahan deformasi elastis, dan 1K karbon serat polos juga berkinerja baik dalam hal ini. Modulus tinggi menenun polos serat karbon 1K pertama -tama karena kualitas tinggi serat karbon itu sendiri. Selama proses produksi, melalui kontrol proses yang tepat, struktur mikrokristalin grafit yang sangat berorientasi terbentuk di dalam serat karbon. Struktur ini memberikan serat karbon kekakuan aksial yang sangat tinggi, memungkinkan serat karbon untuk secara efektif menahan deformasi ketika mengalami stres. Data penelitian menunjukkan bahwa modulus tarik serat karbon 1K berkualitas tinggi memiliki keunggulan yang signifikan dibandingkan beberapa serat karbon berkualitas rendah atau bahan serat tradisional lainnya. Dalam 1k karbon serat menenun, karena sejumlah kecil monofilamen dan pengaturan reguler, serat karbon dapat bekerja bersama secara efisien ketika mengalami kekuatan eksternal. Ketika material mengalami tekanan tarik atau tekan, serat karbon yang berdekatan dapat saling mendukung dan berbagi gaya eksternal bersama -sama, sehingga secara efektif menolak deformasi dan membuat seluruh tenunan polos menunjukkan sifat modulus yang lebih tinggi. ​
Sinergi Bahan Komposit: Dalam sistem material komposit, sinergi antara 1K karbon serat menenun dan material matriks selanjutnya meningkatkan kinerja modulus material. Sebagai fase kontinu, bahan matriks dapat secara merata mentransfer kekuatan eksternal ke serat karbon sambil membatasi deformasi lateral serat karbon. Sebagai fase penguat, menenun polos serat karbon 1K memberikan kapasitas bantalan beban utama untuk bahan komposit dengan karakteristik modulus yang tinggi. Dalam komposit matriks polimer yang diperkuat serat karbon 1K, dengan merancang rasio serat terhadap matriks dan struktur antarmuka secara rasional, modulus bahan komposit dapat secara signifikan ditingkatkan, yang jauh lebih tinggi daripada modulus bahan matriks murni dan dapat memenuhi kebutuhan banyak skenario aplikasi dengan persyaratan yang sangat tinggi untuk kekakuan material.