炭素繊維 炭素含有量95%以上の繊維材料であり、優れた機械的、化学的、電気的特性など、様々な特性を備えています。「新素材の王様」であり、軍事・民生開発において不足している戦略材料です。「黒い金」とも呼ばれています。
炭素繊維の生産ラインは以下のとおりです。
細長い炭素繊維はどのように作られるのですか？
炭素繊維の製造プロセス技術は、これまで発展を遂げ、成熟してきました。炭素繊維複合材料の継続的な発展に伴い、あらゆる分野でますます支持を集めており、特に航空、自動車、鉄道、風力発電ブレードなどの分野での力強い成長と、その推進力により、炭素繊維産業の発展の見通しはさらに広がっています。
炭素繊維産業チェーンは、上流と下流に分けられます。上流とは通常、炭素繊維専用材料の生産を指し、下流とは通常、炭素繊維応用部品の生産を指します。上流と下流の中間に位置する企業は、炭素繊維生産プロセスにおける設備供給業者と考えることができます。図に示すように、
生糸から炭素繊維に至るまでの全工程、すなわち炭素繊維産業チェーンの上流工程では、酸化炉、炭化炉、黒鉛化炉、表面処理、サイジングなどの工程を経る必要があります。繊維構造は主に炭素繊維で構成されています。
炭素繊維産業チェーンの上流は石油化学産業に属し、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によって得られます。ポリアクリロニトリル前駆体繊維、前駆体繊維を前酸化および炭化することによって炭素繊維が得られ、炭素繊維と高品質樹脂を加工して用途要件を満たす炭素繊維複合材料が得られます。
炭素繊維の製造工程は、主に延伸、成形、安定化、炭化、黒鉛化から構成される。図に示すように。
描画：これは炭素繊維製造工程の第一段階です。主に原料を繊維状に分離する物理的変化です。この工程では、紡糸液と凝固液の間で物質移動と熱伝達が起こり、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。
草稿作成:配向繊維の延伸効果と相まって作用するためには、100～300℃の温度が必要である。また、PAN繊維の高弾性率、高補強、高密度化、および微細化における重要な工程でもある。
安定性：熱可塑性PAN線状高分子鎖は、400℃での加熱および酸化法によって非塑性の耐熱台形構造に変換されるため、高温でも溶融せず、不燃性であり、繊維形状を維持し、熱力学的に安定した状態となる。
炭化：PAN中の非炭素元素を1,000～2,000度の温度で除去し、最終的に炭素含有量が90%以上のターボ層状グラファイト構造を持つ炭素繊維を生成する必要がある。
黒鉛化：非晶質およびターボ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ある。
生糸製造工程から完成品までの炭素繊維の詳細なプロセスは、まず生糸製造工程でPAN生糸が製造されます。ワイヤフィーダーの湿熱による予備延伸後、延伸機によって順次予備酸化炉に送られます。予備酸化炉群で異なる温度勾配で焼成された後、酸化繊維、すなわち予備酸化繊維が形成されます。予備酸化繊維は、中温および高温炭化炉を通過することで炭素繊維に形成されます。その後、炭素繊維は最終的な表面処理、サイジング、乾燥などの工程を経て炭素繊維製品となります。全工程は連続ワイヤ供給と精密制御で構成されており、いずれかの工程でわずかな問題でも、安定した生産と最終的な炭素繊維製品の品質に影響します。炭素繊維の製造は、長いプロセスフロー、多くの技術的要点、高い生産障壁を伴います。これは、複数の分野と技術の統合です。
以上がカーボンファイバーの製造方法ですが、次にカーボンファイバー生地がどのように使われているかを見ていきましょう！
炭素繊維布製品の加工
1. 切断
プリプレグはマイナス18度の低温倉庫から取り出されます。解凍後、最初の工程は、自動切断機上で材料図面に従って材料を正確に切断することです。
2. 舗装
第2段階は、プリプレグを積層治具に載せ、設計要件に従って異なる層を重ねていくことです。すべての工程はレーザー位置決めによって行われます。
3. 形成
プリフォームは自動搬送ロボットによって成形機に送られ、圧縮成形される。
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、第4工程として切断とバリ取りが行われ、ワークピースの寸法精度が確保されます。この工程はCNCでも実施可能です。
5. 清掃
第5のステップは、洗浄ステーションでドライアイス洗浄を行い、離型剤を除去することです。これは、その後の接着剤塗布工程を容易にするためです。
6. 接着剤
第6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。接着位置、接着速度、接着剤の吐出量はすべて正確に調整されます。金属部品との接合部の一部はリベット留めされ、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、内側パネルと外側パネルを組み立てます。接着剤が硬化したら、青色光検出を行い、キーホール、点、線、面などの寸法精度を確認します。
炭素繊維は加工がより難しい
炭素繊維は、炭素材料の高い引張強度と繊維の柔軟な加工性を兼ね備えています。炭素繊維は、優れた機械的特性を持つ新素材です。炭素繊維と一般的な鋼を例にとると、炭素繊維の強度は約400～800MPaであるのに対し、一般的な鋼の強度は200～500MPaです。靭性に関しては、炭素繊維と鋼は基本的に同等であり、大き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、新素材の王様と言えるでしょう。この利点から、炭素繊維強化複合材（CFRP）の加工中、マトリックスと繊維は複雑な内部相互作用を持ち、金属とは異なる物理的特性を示します。CFRPの密度は金属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高くなっています。CFRPは不均一なため、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、加工中の設備に対する要求が高く、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、その応用分野が継続的に拡大するにつれて、要求される要件はますます繊細になり、材料の適用性に関する要求やCFRPの品質に関する要求はますます厳しくなり、加工コストの上昇にもつながっている。
炭素繊維板の加工
炭素繊維板の硬化・成形後、精度要件や組み立てニーズに応じて、切断や穴あけなどの後加工が必要となります。切断工程のパラメータや切断深さといった条件が同じであっても、材質、サイズ、形状の異なる工具やドリルを使用すると、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、温度といった要素も加工結果に影響を与えます。
後処理工程では、ダイヤモンドコーティングを施した切れ味の良い工具と超硬ソリッドドリルビットを使用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、加工品質と工具の寿命を左右します。工具とドリルビットの切れ味が不十分であったり、不適切な使用をしたりすると、摩耗が加速し、製品の加工コストが増加するだけでなく、板材に損傷を与え、板材の形状やサイズ、穴や溝の寸法安定性に影響を与えます。さらに、材料の層状剥離やブロック崩壊を引き起こし、板材全体を廃棄せざるを得なくなる場合もあります。
掘削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は、PCD8フェースエッジドリルビットの独自のドリル先端設計がカーボンファイバーシートに最適であり、カーボンファイバーシートへの貫通性が向上し、剥離のリスクを低減します。
厚いカーボンファイバーシートを切断する場合は、左右にらせん状のエッジデザインを持つ両刃圧縮フライスを使用することをお勧めします。この鋭利な切削刃は、上下にらせん状の先端を持ち、切削中に工具の軸方向の力を上下にバランスさせ、結果として生じる切削力が材料の内側に向けられるようにすることで、安定した切削条件を得て、材料の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形状のエッジデザインも、カーボンファイバーシートを効果的に切断できます。深いチップフルートにより、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逃がし、カーボンファイバーシートの特性への損傷を防ぎます。
01 連続長繊維
製品の特徴：炭素繊維メーカーで最も一般的な製品形態である束は、数千本のモノフィラメントで構成されており、撚り方によってNT（撚りなし）、UT（撚りなし）、TTまたはST（撚りあり）の3種類に分けられます。このうち、NTが最も一般的に使用されている炭素繊維です。
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、応用分野には航空機・宇宙機器、スポーツ用品、産業機器部品などが含まれる。
02 短繊維糸
製品の特徴：短繊維糸とは、一般的にピッチ系炭素繊維などの短炭素繊維から紡績された糸のことで、通常は短繊維の形状をした製品です。
主な用途：断熱材、摩擦防止材、C/C複合部品など。
03 カーボンファイバー生地
製品の特徴：炭素繊維織物は、連続炭素繊維または炭素繊維紡糸から作られています。織り方によって、炭素繊維織物は織物、編物、不織布に分類されます。現在、炭素繊維織物は通常、織物です。
主な用途:連続炭素繊維と同様に、主にCFRP、CFRTP、C/C複合材料などの複合材料に使用され、応用分野には航空機・宇宙機器、スポーツ用品、産業機器部品などが含まれる。
04 カーボンファイバー編組ベルト
製品の特徴：これは炭素繊維織物の一種であり、連続炭素繊維または炭素繊維紡績糸から織られている。
主な用途：主に樹脂系補強材、特に管状製品の製造および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、通常は連続炭素繊維を短繊維化加工して製造され、繊維の短繊維化長さは顧客のニーズに応じて切断することができる。
主な用途：通常はプラスチック、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で、機械的特性、耐摩耗性、電気伝導性、耐熱性を向上させることができます。近年、3Dプリンティング炭素繊維複合材料の強化繊維は、主に短繊維炭素繊維です。
06 カーボンファイバーの研磨
製品の特徴：炭素繊維は脆い材料であるため、粉砕することで粉末状の炭素繊維材料に加工することができる。つまり、炭素繊維を粉砕する。
主な用途:短繊維状炭素繊維に似ているが、セメント補強材として使用されることは稀である。通常は、プラスチック、樹脂、ゴムなどの複合材料として使用され、マトリックスの機械的特性、耐摩耗性、電気伝導性、耐熱性を向上させる。
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、短繊維を機械的なカーディングなどの方法で層状にし、次にニードルパンチングによって成形します。炭素繊維不織布とも呼ばれ、炭素繊維織物の一種です。主な用途：断熱材、成形断熱材基材、耐熱保護層、耐腐食層基材など。
08 カーボンファイバーペーパー
製品の特徴：炭素繊維を原料とし、乾式または湿式製紙法によって製造される。
主な用途：帯電防止板、電極、スピーカーコーン、加熱板など。近年注目されている用途としては、新エネルギー車用バッテリーの正極材などが挙げられる。
09 カーボンファイバープリプレグ
製品の特徴：炭素繊維を含浸させた熱硬化性樹脂から作られる半硬化中間材料で、優れた機械的特性を持ち、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、一般的な仕様としては、幅300mm、600mm、1000mmのプリプレグ材料があります。
主な用途:航空機・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：射出成形材料は、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もので、この混合物に様々な添加剤や短繊維が加えられ、その後、複合化工程を経る。
主な用途:この材料は、優れた電気伝導性、高い剛性、軽量性といった利点を活かし、主に機器の筐体やその他の製品に使用されています。
また、当社はグラスファイバー直接ロービング,グラスファイバーマット、 グラスファイバーメッシュ、 そしてグラスファイバー織りロービング.
お問い合わせ ：
電話番号：+8615823184699
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投稿日時：2022年6月1日
