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炭素繊維 炭素含有量が95%以上の繊維素材です。優れた機械的、化学的、電気的特性などの優れた特性を持っています。それは「新素材の王様」であり、軍民の発展に欠けている戦略物資である。通称「ブラックゴールド」。

炭素繊維の生産ラインは次のとおりです。

細いカーボンファイバーはどのように作られるのでしょうか？

炭素繊維の製造プロセス技術はこれまでに発展し、成熟してきました。炭素繊維複合材料の継続的な開発により、炭素繊維複合材料はあらゆる分野でますます好まれており、特に航空、自動車、鉄道、風力発電ブレードなどの力強い成長とその推進効果、炭素繊維産業の発展に貢献しています。 。展望はさらに広がります。

炭素繊維産業チェーンは上流と下流に分けることができます。上流とは通常、炭素繊維特有の材料の生産を指します。下流とは通常、炭素繊維アプリケーションコンポーネントの製造を指します。上流と下流の間にある企業は、炭素繊維製造プロセスの装置プロバイダーと考えることができます。図に示すように:

炭素繊維産業チェーンの上流では、生糸から炭素繊維に至る全プロセスにおいて、酸化炉、炭化炉、黒鉛化炉、表面処理、サイジングなどのプロセスを経る必要があります。繊維構造の大部分は炭素繊維です。

炭素繊維産業チェーンの上流は石油化学産業に属しており、アクリロニトリルは主に原油精製、分解、アンモニア酸化などを通じて得られます。ポリアクリロニトリル前駆体繊維、前駆体繊維を予備酸化および炭化することにより炭素繊維が得られ、炭素繊維複合材料は炭素繊維と高品質樹脂を用途要件に合わせて加工することにより得られます。

炭素繊維の製造工程には、主に伸線、ドラフト、安定化、炭化、黒鉛化が含まれます。図に示すように:

描画：これは炭素繊維の製造プロセスの最初のステップです。主に原料を繊維に分離することで物理的な変化を起こします。このプロセス中に、紡糸液と凝固液の間で物質移動と熱移動が起こり、最終的に PAN が沈殿します。フィラメントはゲル構造を形成します。

製図:配向繊維の伸縮効果と連動して機能するには、100 ～ 300 度の温度が必要です。これは、PAN 繊維の高弾性率、高強化、高密度化、および精製における重要なステップでもあります。

安定性：熱可塑性PAN線状高分子鎖は、400度で加熱酸化する方法により非可塑性耐熱台形構造に変換され、高温でも不溶融、不燃性となり、繊維形状を維持し、熱力学は安定した状態にあります。

炭化：1,000～2,000度の温度でPAN中の非炭素元素を追い出し、最終的に炭素含有量90％以上の乱層状黒鉛構造の炭素繊維を生成する必要がある。

炭素繊維生地

黒鉛化：非晶質および乱層状炭化材料を三次元黒鉛構造に変換するには、2,000 ～ 3,000 度の温度が必要であり、これは炭素繊維の弾性率を向上させるための主要な技術的手段です。

炭素繊維の生糸生産工程から製品に至るまでの詳細なプロセスは、PAN生糸がその前の生糸生産工程によって生産されることです。ワイヤ送給装置の湿熱により予備伸線された後、伸線機により順次予備酸化炉へ搬送されます。前酸化炉グループ内で異なる温度勾配で焼成された後、酸化繊維、つまり前酸化繊維が形成されます。予備酸化された繊維は、中温および高温の炭化炉を通過した後、炭素繊維に形成されます。その後、炭素繊維に最終表面処理、サイジング、乾燥などの工程を経て炭素繊維製品が得られます。 。連続的なワイヤ供給と正確な制御の全プロセス、どのプロセスでも少しの問題が安定した生産と最終的な炭素繊維製品の品質に影響を与えます。炭素繊維の生産には長いプロセスフロー、多くの技術的重要ポイント、および高い生産障壁があります。それは複数の分野とテクノロジーの統合です。

以上が炭素繊維の製造ですが、炭素繊維生地がどのように使われるのか見てみましょう！

炭素繊維クロス製品の加工

1. 切断

プリプレグはマイナス18度の冷蔵倉庫から取り出されます。目覚めたら、まず自動切断機で材料図に従って材料を正確に切断します。

2. 舗装

2 番目のステップでは、敷設ツール上にプリプレグを配置し、設計要件に従ってさまざまな層を配置します。すべてのプロセスはレーザー位置決めの下で実行されます。

3. 成形

プリフォームは自動ハンドリングロボットを介して成形機に送られ、圧縮成形されます。

4. 切断

成形後、ワークピースは切断ロボットワークステーションに送られ、切断とバリ取りの第 4 ステップでワークピースの寸法精度が保証されます。このプロセスは CNC 上でも実行できます。

5. 清掃

5 番目のステップでは、クリーニング ステーションでドライアイス洗浄を実行して離型剤を除去します。これは、その後の接着剤コーティング プロセスに便利です。

6. 接着剤

6 番目のステップは、接着ロボット ステーションで構造用接着剤を塗布することです。糊付け位置、糊付け速度、糊付け量を正確に調整します。金属部品との接続の一部はリベットで固定されており、これはリベットステーションで行われます。

7. 組立検査

接着剤を塗布した後、内パネルと外パネルを組み立てます。接着剤が硬化した後、青色光検出が実行され、鍵穴、点、線、および面の寸法精度が保証されます。

炭素繊維は加工が難しい

炭素繊維は、炭素材料の強力な引張強度と繊維の柔らかい加工性を兼ね備えています。カーボンファイバーは優れた機械的特性を備えた新素材です。炭素繊維と当社の普通鋼を例にとると、炭素繊維の強度は400～800MPa程度であるのに対し、普通鋼の強度は200～500MPaです。靭性という観点から見ると、炭素繊維と鋼は基本的に類似しており、明らかな違いはありません。

炭素繊維は強度が高く、軽量であるため、新素材の王様とも言えます。この利点により、炭素繊維強化複合材料 (CFRP) の加工中に、マトリックスと繊維が複雑な内部相互作用を持ち、その物理的特性が金属の物理的特性とは異なります。 CFRP の密度は金属の密度よりもはるかに小さいですが、強度はほとんどの金属よりも優れています。 CFRP は不均一であるため、加工中に繊維の引き抜きやマトリックス繊維の剥離が頻繁に発生します。 CFRPは耐熱性と耐摩耗性が高いため、加工時の設備への負担が大きくなり、製造工程で大量の切削熱が発生し、設備の摩耗がより深刻になります。

同時に、その適用分野の継続的な拡大に伴い、要求はますます繊細になり、材料の適用性に対する要求やCFRPに対する品質要求はますます厳しくなり、これが加工コストの高騰にもつながっています。上がること。

炭素繊維板の加工

カーボンファイバーボードが硬化して成形された後、精度要件や組み立ての必要性に応じて、切断や穴あけなどの後処理が必要になります。切削加工パラメータや切削深さなどの同じ条件下で、異なる材質、サイズ、形状の工具やドリルを選択すると、その効果は大きく異なります。同時に、工具やドリルの強度、方向、時間、温度などの要因も加工結果に影響します。

後加工プロセスでは、ダイヤモンドコーティングが施された鋭利な工具と超硬ソリッドドリルビットを選択するようにしてください。工具とドリルビット自体の耐摩耗性は、加工の品質と工具の耐用年数を決定します。工具とドリルビットが十分に鋭くない場合、または不適切に使用された場合、磨耗が加速し、製品の加工コストが増加するだけでなく、プレートに損傷を与え、プレートの形状やサイズに影響を与えます。プレート上の穴と溝の寸法の安定性。材料の層の引き裂き、さらにはブロックの崩壊を引き起こし、ボード全体の廃棄につながります。

穴あけ時炭素繊維シート、速度が速いほど、効果は高くなります。ドリルビットの選択において、PCD8 フェイスエッジドリルビットの独自のドリル先端設計は炭素繊維シートにより適しており、炭素繊維シートへの貫通力が向上し、層間剥離のリスクが軽減されます。

厚いカーボンファイバーシートを切断する場合は、左右ヘリカルエッジデザインの両刃圧縮フライスを使用することをお勧めします。上下のヘリカルチップを備えた鋭い切れ刃で、切削時の工具の軸力を上下にバランスさせます。切削抵抗を材料の内側に集中させることで、安定した切削条件が得られ、材料剥離の発生を抑制します。 「パイナップルエッジ」ルーターの上下のダイヤモンド型エッジのデザインにより、炭素繊維シートも効果的に切断できます。深い切りくずフルートは、切削プロセス中に切りくずを排出することで多くの切削熱を奪い、カーボンファイバーへの損傷を防ぎます。シートのプロパティ。

01 連続長繊維

製品の特徴:炭素繊維メーカーの最も一般的な製品形態であり、数千本のモノフィラメントで束ねられたもので、撚り方によってNT（無撚、無撚）、UT（無撚、無撚）、TTまたはSTの3種類に分けられます。ツイスト、ツイスト）、そのうち NT は最も一般的に使用される炭素繊維です。

主な用途:主にCFRP、CFRTP、C/C複合材料などの複合材料に使用され、応用分野は航空機・航空宇宙機器、スポーツ用品、産業機器部品などです。

02 ステープルファイバーヤーン

製品の特徴:短繊維糸と略して、汎用のピッチ系炭素繊維などの短い炭素繊維から紡績された糸は、通常、短繊維の形態の製品である。

主な用途:断熱材、減摩材、C/Cコンポジット部品など

03 カーボンファイバーファブリック

製品の特徴:連続炭素繊維または炭素繊維紡績糸から作られます。炭素繊維織物は織り方によって織布、編布、不織布に分けられます。現在、炭素繊維織物は通常織物である。

主な用途:連続炭素繊維と同様、主にCFRP、CFRTP、C/C複合材料などの複合材料に使用され、応用分野は航空機・航空宇宙機器、スポーツ用品、産業機器部品などです。

04 カーボンファイバーブレードベルト

製品の特徴:これも炭素繊維織物の一種に属し、連続炭素繊維または炭素繊維紡績糸から織られます。

主な用途:主に樹脂系補強材、特に管状製品の製造・加工に使用されます。

05 チョップドカーボンファイバー

製品の特徴:炭素繊維紡績糸の概念とは異なり、通常は連続した炭素繊維からチョップド加工を経て製造され、顧客のニーズに応じて繊維の長さを切断することができます。

主な用途:通常、プラスチック、樹脂、セメントなどの混合物として使用され、マトリックスに混合することにより、機械的性質、耐摩耗性、導電性、耐熱性が向上します。近年、3D プリンティング炭素繊維複合材料の強化繊維は、ほとんどがチョップド炭素繊維です。主要。

06 カーボンファイバーの粉砕

製品の特徴:炭素繊維は脆性材料であるため、炭素繊維を粉砕して粉末状の炭素繊維材料とすることもできる。

主な用途:チョップドカーボンファイバーに似ていますが、セメント補強にはほとんど使用されません。通常、マトリックスの機械的特性、耐摩耗性、導電性、耐熱性を向上させるために、プラスチック、樹脂、ゴムなどのコンパウンドとして使用されます。

07 カーボンファイバーマット

製品の特徴:主な形状はフェルトまたはマットです。まず、メカニカルカーディングなどの方法で短繊維を積層し、ニードルパンチで作製します。炭素繊維不織布とも呼ばれ、炭素繊維織物の一種に属します。主な用途:断熱材、成形断熱材基材、耐熱保護層、耐食層基材など

08 カーボンファイバーペーパー

製品の特徴:炭素繊維から乾式または湿式抄紙プロセスによって製造されます。

主な用途:静電気防止プレート、電極、スピーカーコーン、加熱プレート。近年の注目の用途は、新エネルギー車用バッテリーの正極材料などです。

09 炭素繊維プリプレグ

製品の特徴:炭素繊維を含浸させた熱硬化性樹脂からなる半硬化中間材で、機械的特性に優れ、広く使用されています。炭素繊維プリプレグの幅は加工装置のサイズによって異なり、一般的な仕様には幅300mm、600mm、および1000mmのプリプレグ材料が含まれます。

主な用途:航空機・航空宇宙機器、スポーツ用品、産業機器など

010 炭素繊維複合材料

製品の特徴:熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂に炭素繊維を混合した射出成形材料に、各種添加剤やチョップドファイバーを加えてコンパウンド加工を施したものです。

主な用途:優れた導電性、高剛性、軽量といった特長を生かし、主に機器の筐体などに使用されています。

生産も行っておりますグラスファイバーダイレクトロービング,ガラス繊維マット, グラスファイバーの網, そしてグラスファイバー織ロービング.

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