1K คาร์บอนไฟเบอร์สานสาน: ความลับที่อยู่เบื้องหลังความแข็งแกร่งและโมดูลัสที่ยอดเยี่ยม

พื้นฐานโครงสร้างของ สานธรรมดาคาร์บอนไฟเบอร์ 1k
การสานธรรมดา 1K คาร์บอนไฟเบอร์ "1K" ที่นี่แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าพ่วงคาร์บอนไฟเบอร์ประกอบด้วย 1,000 เส้นใย เมื่อเทียบกับเส้นใยคาร์บอน 3K และ 12K ทั่วไปแล้วคาร์บอนไฟเบอร์ 1K มีเส้นใยน้อยลงอย่างมีนัยสำคัญ ลักษณะพื้นฐานนี้มีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อการสร้างโครงสร้างที่ตามมาและประสิทธิภาพการทำงานจากรูท

ผ้าสานคาร์บอนไฟเบอร์ 1K/3K/12K
ในกระบวนการทอผ้าเนื่องจากจำนวนเส้นใยค่อนข้างน้อยแต่ละเส้นใยสามารถได้รับพื้นที่มากขึ้นในโครงสร้างการทอผ้าซึ่งจะบรรลุการจัดเรียงปกติและเป็นระเบียบมากขึ้น เมื่อกระบวนการสานธรรมดาถูกนำมาใช้เส้นด้ายบิดงอและผ้าเส้นด้ายทำตามกฎการผสมผสานอย่างเคร่งครัดและหนึ่งลงไปและพวกเขาก็ส่งกลับไปกลับมา ในที่สุดรูปแบบการทอผ้าที่เข้มงวดและเป็นประจำในที่สุดก็สร้างโครงสร้างพื้นผิวที่ละเอียดและละเอียดอ่อนของการสานธรรมดา 1K คาร์บอนไฟเบอร์ พื้นผิวผ้าของมันนำเสนอพื้นผิวที่บอบบางและเรียบเนียนราวกับว่ามันเป็นงานศิลปะที่ดีแกะสลักอย่างระมัดระวังโดยช่างฝีมือชั้นนำที่มีพื้นผิวที่สม่ำเสมอและแน่นและแทบจะไม่มีช่องว่างหรือข้อบกพร่องที่ชัดเจน
โครงสร้างจุลภาคที่เป็นเอกลักษณ์นี้วางรากฐานที่มั่นคงสำหรับประสิทธิภาพพิเศษที่ตามมาของการสานแบบธรรมดา 1K คาร์บอนไฟเบอร์ในแง่ของความแข็งแรงและโมดูลัส การจัดเรียงเส้นใยที่แน่นและปกติช่วยลดความน่าจะเป็นของข้อบกพร่องโครงสร้างภายในอย่างมากดังนั้นเมื่ออยู่ภายใต้แรงภายนอกความเครียดสามารถส่งผ่านอย่างมีประสิทธิภาพและเท่าเทียมกันไปตามเส้นใยหลีกเลี่ยงความเสียหายของโครงสร้างที่เกิดจากความเข้มข้นของความเครียดในท้องถิ่นและให้การรับประกันที่แข็งแกร่งสำหรับการรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้าง

ผลกระทบของกระบวนการผลิตต่อประสิทธิภาพ
(i) ลิงค์การผลิตคาร์บอนไฟเบอร์
การปรับสภาพวัตถุดิบ: การผลิตคาร์บอนไฟเบอร์ 1K เริ่มต้นด้วยการคัดกรองวัตถุดิบคุณภาพสูงอย่างเข้มงวด เส้นใย Polyacrylonitrile, เส้นใยแอสฟัลต์หรือเส้นใย viscose มักจะถูกเลือกเป็นวัตถุดิบเริ่มต้น คุณภาพของวัตถุดิบเหล่านี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับคุณภาพของคาร์บอนไฟเบอร์สุดท้าย ก่อนที่จะเข้าสู่กระบวนการผลิตอย่างเป็นทางการจะต้องผ่านกระบวนการปรับสภาพที่ดีหลายครั้ง การใช้ไฟเบอร์ PAN เป็นตัวอย่างก่อนอื่นจะต้องได้รับการรักษาอย่างเคร่งครัดเพื่อกำจัดสิ่งสกปรกคราบน้ำมันและโมโนเมอร์ที่ไม่ได้รับการคัดเลือกที่เป็นไปได้ที่ติดอยู่กับพื้นผิวของเส้นใยผ่านการทำความสะอาดสารเคมีการกรองและวิธีการอื่น ๆ เพื่อให้แน่ใจว่ามีความบริสุทธิ์สูงของวัตถุดิบ ขั้นตอนนี้มีความสำคัญต่อความเสถียรของโครงสร้างเส้นใยและความสม่ำเสมอของประสิทธิภาพในระหว่างกระบวนการคาร์บอนต่อมา การปรากฏตัวของสิ่งสกปรกอาจทำให้เกิดข้อบกพร่องในท้องถิ่นในระหว่างการแปลงเป็นคาร์บอนส่งผลกระทบต่อความแข็งแรงและโมดูลัสของคาร์บอนไฟเบอร์อย่างจริงจัง
การควบคุมกระบวนการคาร์บอน: คาร์บอนเป็นลิงค์หลักในการแปลงเส้นใยที่ผ่านการเตรียมไว้ให้เป็นเส้นใยคาร์บอน การควบคุมที่แม่นยำของพารามิเตอร์สำคัญเช่นอุณหภูมิความดันและเวลาในกระบวนการนี้เป็นศิลปะ สำหรับคาร์บอนไฟเบอร์ 1K เนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางเส้นผ่าศูนย์กลางเส้นทินเนอร์ความต้องการความแม่นยำสำหรับการควบคุมกระบวนการในระหว่างกระบวนการคาร์บอนเกือบจะรุนแรงเมื่อเทียบกับเส้นใยคาร์บอนสูง K
ในช่วงความร้อนจะต้องเพิ่มอุณหภูมิให้อยู่ในช่วงที่กำหนดไว้ในอัตราที่ช้าและสม่ำเสมอมาก นี่เป็นเพราะอัตราการทำความร้อนเร็วเกินไปอาจทำให้เกิดความเครียดจากความร้อนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วภายในเส้นใยทำให้เกิดการแตกของเส้นใยหรือการเปลี่ยนรูปแบบโครงสร้างภายใน เมื่ออุณหภูมิถึงช่วงคาร์บอนที่เฉพาะเจาะจงการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่ซับซ้อนเกิดขึ้นภายในไฟเบอร์องค์ประกอบที่ไม่ใช่คาร์บอนค่อยๆหลบหนีในรูปแบบของก๊าซและองค์ประกอบคาร์บอนจะเริ่มจัดเรียงใหม่และตกผลึกเพื่อสร้างโครงสร้างไมโครคริสตัลไลน์กราไฟท์ที่มุ่งเน้นสูง ในกระบวนการนี้การควบคุมสภาพแวดล้อมความดันอย่างแม่นยำช่วยส่งเสริมการจัดเรียงขององค์ประกอบคาร์บอนอย่างเป็นระเบียบและปรับปรุงความเป็นผลึกและการวางแนวของเส้นใยคาร์บอน ในเวลาเดียวกันเวลาคาร์บอนจะใช้เวลาหลายชั่วโมงและระยะเวลาที่เฉพาะเจาะจงขึ้นอยู่กับลักษณะของวัตถุดิบและประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์เป้าหมาย การควบคุมเวลาที่แม่นยำสามารถมั่นใจได้ว่าปฏิกิริยาของคาร์บอนเพียงพอและปานกลางหลีกเลี่ยงปฏิกิริยาที่ไม่สมบูรณ์ซึ่งนำไปสู่ประสิทธิภาพที่ไม่ดีของคาร์บอนไฟเบอร์และป้องกันไม่ให้คาร์บอนมากเกินไปจากการเพิ่มความเปราะบางของเส้นใย ด้วยการควบคุมกระบวนการคาร์บอนอย่างละเอียดเช่นนี้คาร์บอนไฟเบอร์ 1K สามารถสร้างโครงสร้างจุลภาคที่มีคุณภาพสูงวางรากฐานที่มีประสิทธิภาพที่แข็งแกร่งสำหรับการทอผ้าที่ตามมาเป็นผ้าและทำวัสดุคอมโพสิต

(ii) การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการทอผ้า
การรับประกันความแม่นยำของอุปกรณ์: ในขั้นตอนการทอคาร์บอนไฟเบอร์ 1K ลงในผ้าธรรมดาอุปกรณ์ทอผ้าที่มีความแม่นยำสูงขั้นสูงมีบทบาทสำคัญ อุปกรณ์ประเภทนี้มาพร้อมกับระบบควบคุมการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนซึ่งสามารถควบคุมการผสมผสานของ Warp และ Weft เส้นด้ายได้อย่างแม่นยำอย่างมาก เทคโนโลยี Jacquard อิเล็กทรอนิกส์สามารถควบคุมการยกและลดการเคลื่อนไหวของเส้นด้ายวาร์ปแต่ละเส้นตามรูปแบบการทอที่ตั้งไว้ล่วงหน้าเพื่อให้แน่ใจว่ามีการผสมผสานที่แม่นยำกับเส้นด้ายผ้า ในเวลาเดียวกันเซ็นเซอร์แรงตึงจะตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงความตึงเครียดของเส้นด้ายแบบเรียลไทม์และอุปกรณ์ปรับอัตโนมัติจะใช้เพื่อปรับความตึงแบบไดนามิกเพื่อให้เส้นด้ายวาร์ปและผ้ามีความตึงเครียดที่สม่ำเสมอและเหมาะสมในระหว่างกระบวนการทอผ้า สำหรับการทอผ้าธรรมดาคาร์บอนไฟเบอร์ 1K ความตึงเครียดสูงเกินไปอาจทำให้ monofilament แตกในขณะที่ความตึงเครียดต่ำเกินไปจะทำให้โครงสร้างการทอหลวมหลวมและส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพโดยรวมของผ้า
การปรับพารามิเตอร์กระบวนการ: นอกเหนือจากความแม่นยำของอุปกรณ์การเพิ่มประสิทธิภาพของพารามิเตอร์กระบวนการทอผ้าเป็นวิธีสำคัญในการปรับปรุงคุณภาพของผ้าธรรมดาคาร์บอนไฟเบอร์ 1K ความเร็วในการทอเป็นพารามิเตอร์สำคัญ สำหรับคาร์บอนไฟเบอร์ 1K ความเร็วในการทอมักจะถูกควบคุมในระดับที่ค่อนข้างต่ำ นี่เป็นเพราะความเร็วในการทอผ้าที่ต่ำกว่าช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสังเกตและควบคุมกระบวนการทอผ้าได้ดีขึ้นและค้นพบและแก้ปัญหาที่เป็นไปได้ทันทีเช่นการคดเคี้ยว monofilament และสายไฟแตก ความเร็วในการทอผ้าช้าสามารถลดความเสียหายทางกลของ monofilament ในระหว่างกระบวนการทอผ้าและรักษาความสมบูรณ์และประสิทธิภาพดั้งเดิมของ monofilament ในระดับที่ยิ่งใหญ่ที่สุด ด้วยการปรับมุมผสมของเส้นด้ายบิดและผ้าเส้นด้ายการเปลี่ยนวิธีการแทรกของเส้นด้ายผ้าและพารามิเตอร์กระบวนการอื่น ๆ โครงสร้างของผ้าธรรมดาสามารถปรับให้เหมาะสมยิ่งขึ้นเพื่อให้มันมีขนาดกะทัดรัดและเสถียรมากขึ้น

การวิเคราะห์ข้อดีของความแข็งแรงและโมดูลัส
(i) กลไกการบรรลุความแข็งแรงสูง
ข้อดีของโครงสร้างจุลภาค: เมื่อผ้าสาน 1K คาร์บอนไฟเบอร์ 1K ประกอบกับวัสดุเมทริกซ์เช่นเรซินเพื่อเตรียมวัสดุคอมโพสิตประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในความแข็งแรงแสดงให้เห็นอย่างเต็มที่ ในโครงสร้างจุลภาคของวัสดุคอมโพสิต monofilaments 1K คาร์บอนไฟเบอร์จะถูกจัดเรียงอย่างสม่ำเสมอในระหว่างกระบวนการทอผ้าดังนั้นหลังจากประกอบกับวัสดุเมทริกซ์การปฐมนิเทศและการกระจายของเส้นใยสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำอย่างมาก การศึกษาแสดงให้เห็นว่าภายใต้เงื่อนไขในอุดมคติระดับการปฐมนิเทศของ 1k คาร์บอนไฟเบอร์ในวัสดุคอมโพสิตนั้นสูงมากซึ่งหมายความว่า monofilaments คาร์บอนไฟเบอร์ส่วนใหญ่สามารถอยู่ในทิศทางการรับน้ำหนักที่ดีที่สุดเมื่อวัสดุถูกเน้น เมื่อวัสดุคอมโพสิตอยู่ภายใต้แรงดึงภายนอกความเครียดสามารถส่งผ่านอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพตาม monofilaments คาร์บอนไฟเบอร์ เนื่องจากแต่ละ monofilament สามารถให้การเล่นเต็มรูปแบบกับลักษณะความแข็งแรงสูงวัสดุคอมโพสิตทั้งหมดจึงสามารถทนต่อแรงดึงที่ดีโดยไม่ต้องเสียรูปหรือการแตกหักซึ่งมีข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือความต้านทานแรงดึงของเหล็กธรรมดา
การเสริมแรงพันธะอินเตอร์เฟส: นอกเหนือจากการวางแนวและข้อได้เปรียบในการกระจายของเส้นใยเองการเชื่อมต่ออินเตอร์เฟสที่ดีระหว่างผ้าสานคาร์บอนไฟเบอร์ 1K และวัสดุเมทริกซ์ยังเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่จะบรรลุความแข็งแรงสูง ในกระบวนการเตรียมของวัสดุคอมโพสิตประสิทธิภาพการยึดติดระหว่างคาร์บอนไฟเบอร์และเมทริกซ์เรซินสามารถปรับปรุงได้อย่างมีนัยสำคัญโดยการรักษาพื้นผิวของคาร์บอนไฟเบอร์หรือการใช้สารเชื่อมต่อพิเศษ กลุ่มการทำงานที่ใช้งานได้รับการแนะนำบนพื้นผิวของคาร์บอนไฟเบอร์โดยการรักษาออกซิเดชัน กลุ่มการทำงานเหล่านี้สามารถทำปฏิกิริยาทางเคมีกับโมเลกุลเรซิ่นเพื่อสร้างพันธะเคมีซึ่งจะช่วยเพิ่มพันธะระหว่างเส้นใยและเมทริกซ์ การเชื่อมต่อที่ดีช่วยให้ความเครียดสามารถถ่ายโอนและกระจายอย่างมีประสิทธิภาพระหว่างเส้นใยและเมทริกซ์เมื่อวัสดุคอมโพสิตอยู่ภายใต้ความเครียดหลีกเลี่ยงการเกิดปรากฏการณ์ความล้มเหลวเช่นการเชื่อมต่อส่วนต่อประสานและปรับปรุงความแข็งแรงโดยรวมของวัสดุคอมโพสิต

(ii) หลักการที่แท้จริงของโมดูลัสสูง
การมีส่วนร่วมของประสิทธิภาพการทำงานที่แท้จริงของคาร์บอนไฟเบอร์: โมดูลัสเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของความสามารถของวัสดุในการต้านทานการเสียรูปแบบยืดหยุ่นและการทอแบบธรรมดาคาร์บอนไฟเบอร์ 1K ยังทำงานได้ดีในเรื่องนี้ โมดูลัสสูงของการทอที่ธรรมดาคาร์บอนไฟเบอร์ 1K เป็นครั้งแรกเนื่องจากคุณภาพสูงของคาร์บอนไฟเบอร์เอง ในระหว่างกระบวนการผลิตผ่านการควบคุมกระบวนการที่แม่นยำโครงสร้าง microcrystalline กราไฟท์ที่มุ่งเน้นสูงจะเกิดขึ้นภายในไฟเบอร์คาร์บอน โครงสร้างนี้ให้ความแข็งตามแนวแกนคาร์บอนไฟเบอร์สูงทำให้คาร์บอนไฟเบอร์สามารถต้านทานการเสียรูปได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่ออยู่ภายใต้ความเครียด ข้อมูลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าโมดูลัสแรงดึงของคาร์บอนไฟเบอร์ 1K คุณภาพสูงมีข้อได้เปรียบอย่างมีนัยสำคัญมากกว่าคาร์บอนไฟเบอร์คุณภาพต่ำหรือวัสดุเส้นใยแบบดั้งเดิมอื่น ๆ ในการสานที่ธรรมดาคาร์บอนไฟเบอร์ 1k เนื่องจากจำนวน monofilaments จำนวนน้อยและการจัดเรียงปกติเส้นใยคาร์บอนสามารถทำงานร่วมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่ออยู่ภายใต้แรงภายนอก เมื่อวัสดุอยู่ภายใต้แรงดึงหรือความเครียดแรงอัดเส้นใยคาร์บอนที่อยู่ติดกันสามารถรองรับซึ่งกันและกันและแบ่งปันแรงภายนอกเข้าด้วยกันดังนั้นจึงต่อต้านการเสียรูปและทำให้ทอผ้าธรรมดาทั้งหมดแสดงคุณสมบัติโมดูลัสที่สูงขึ้น
การทำงานร่วมกันของวัสดุคอมโพสิต: ในระบบวัสดุคอมโพสิตการทำงานร่วมกันระหว่าง 1K คาร์บอนไฟเบอร์ทอผ้าและวัสดุเมทริกซ์ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโมดูลัสของวัสดุ ในฐานะที่เป็นเฟสต่อเนื่องวัสดุเมทริกซ์สามารถถ่ายโอนแรงภายนอกอย่างสม่ำเสมอไปยังคาร์บอนไฟเบอร์ในขณะที่ จำกัด การเสียรูปด้านข้างของคาร์บอนไฟเบอร์ ในฐานะที่เป็นขั้นตอนเสริมการทอแบบธรรมดา 1K คาร์บอนไฟเบอร์ให้ความสามารถในการรับน้ำหนักหลักสำหรับวัสดุคอมโพสิตที่มีลักษณะโมดูลัสสูง ในคอมโพสิตโพลีเมอร์เมทริกซ์เสริมแรงผสมคาร์บอนไฟเบอร์โดยการออกแบบอัตราส่วนของเส้นใยต่อเมทริกซ์และโครงสร้างส่วนต่อประสานอย่างมีเหตุผลโมดูลัสของวัสดุคอมโพสิตสามารถปรับปรุงได้อย่างมีนัยสำคัญซึ่งสูงกว่าวัสดุเมทริกซ์บริสุทธิ์