ألياف الكربون 1 كيلو كربون منسوجة بشكل عادي: السر وراء قوتها ومرونتها الممتازة

الأساس الهيكلي ل 1K ألياف الكربون نسج عادي ​
1K نسج ألياف الكربون ، يشير "1K" هنا بوضوح إلى أن سحب ألياف الكربون يتكون من 1000 خيوط. بالمقارنة مع ألياف الكربون 3K و 12K الشائعة ، فإن ألياف الكربون 1K لديها عدد كبير من خيوط. هذه الخاصية الأساسية لها تأثير عميق على تكوينها الهيكلي اللاحق وأداء الأداء من الجذر. ​

1 كيلو/3K/12K ألياف الكربون النسيج نسج عادي
في عملية النسيج ، نظرًا للعدد الصغير نسبيًا من الخيوط ، يمكن لكل خيوط الحصول على مساحة أكبر في هيكل النسيج ، وبالتالي تحقيق ترتيب أكثر انتظامًا ومنظمًا. عندما يتم اعتماد عملية نسج عادي ، تتبع خيوط الاعوجاج واللحمة بشكل صارم قاعدة المتداخلة لأعلى وواحد لأسفل ، وينقلون ذهابًا وإيابًا مع بعضهم البعض. هذا النمط الصارم والمنتظم في النهاية يخلق بنية نسيج دقيقة وحساسة للغاية من نسج ألياف الكربون 1K. يقدم سطح القماش الخاص به نسيجًا دقيقًا وسلسًا ، كما لو كان عملًا فنيًا رائعًا منحوتًا بعناية من قبل الحرفيين الأعلى ، مع نسيج موحد وضيق ، ولا توجد فجوات أو عيوب واضحة تقريبًا.
تضع هذه البنية المجهرية الفريدة أساسًا متينًا للأداء غير العادي اللاحق لنسج ألياف الكربون 1K من حيث القوة والمعامل. يقلل ترتيب الألياف الضيقة والمنتظمة بشكل كبير من احتمال حدوث عيوب هيكلية داخلية ، بحيث يمكن أن ينتقل الإجهاد بكفاءة وبشكل متساوٍ على طول الألياف ، ويتجنب بشكل فعال الأضرار الهيكلية التي تسببها تركيز الإجهاد المحلي ، وتوفير ضمان قوي للحفاظ على التكامل الهيكلي تحت بيئات الإجهاد المعقدة. ​

تأثير عملية الإنتاج على الأداء
(ط) رابط إنتاج ألياف الكربون
معالجة المواد الخام: يبدأ إنتاج ألياف الكربون 1K بفحص صارم للمواد الخام عالية الجودة. عادة ما يتم اختيار الألياف polyacrylonitrile ، ألياف الإسفلت أو ألياف Viscose كمواد خام الأولية. ترتبط جودة هذه المواد الخام مباشرة بجودة ألياف الكربون النهائية. قبل الدخول إلى عملية الإنتاج الرسمية ، يجب أن تمر عبر عمليات المعالجة الدقيقة المتعددة. مع أخذ ألياف عموم على سبيل المثال ، يجب أولاً معالجته بصرامة لإزالة الشوائب ، وبقع الزيت ، والمونومرات غير المحتملة المحتملة المرتبطة بسطح الألياف من خلال التنظيف الكيميائي ، والترشيح وغيرها من الوسائل لضمان ارتفاع نقاء المواد الخام. هذه الخطوة أمر بالغ الأهمية لاستقرار بنية الألياف وتوحيد الأداء أثناء عملية الكربنة اللاحقة. قد يسبب وجود شوائب عيوب محلية أثناء الكربنة ، مما يؤثر بشكل خطير على قوة ومعامل ألياف الكربون. ​
التحكم في عملية الكربنة: الكربنة هي الرابط الأساسي في تحويل الألياف المعالجة إلى ألياف الكربون. يعد التحكم الدقيق للمعلمات الرئيسية مثل درجة الحرارة والضغط والوقت في هذه العملية فنًا. بالنسبة لألياف الكربون 1K ، نظرًا لقطرها الأرق ، تكون المتطلبات الدقيقة للتحكم في العملية أثناء عملية الكربنة قاسية تقريبًا مقارنة بألياف الكربون عالية K. ​
خلال مرحلة التدفئة ، يجب رفع درجة الحرارة إلى النطاق المحدد مسبقًا بمعدل بطيء للغاية وموحد. وذلك لأن معدل التدفئة سريعًا جدًا قد يتسبب في زيادة حادة في الإجهاد الحراري داخل الألياف ، مما يسبب كسر الألياف أو التشوه الهيكلي الداخلي. عندما تصل درجة الحرارة إلى نطاق كربنة محددة ، تحدث تغييرات كيميائية معقدة داخل الألياف ، تهرب عناصر غير الكربون تدريجياً في شكل غاز ، وتبدأ عناصر الكربون في إعادة ترتيب وتبلور لتشكيل بنية جزر مصورة جرافيت ذات الاتجاه العالي. في هذه العملية ، يساعد التحكم الدقيق في بيئة الضغط في تعزيز الترتيب المنظم لعناصر الكربون وتحسين بلورة وتوجه ألياف الكربون. في الوقت نفسه ، يستمر وقت الكربنة لعدة ساعات ، ويعتمد المدة المحددة على خصائص المواد الخام وأداء المنتج المستهدف. يمكن أن يضمن التحكم الدقيق للوقت أن يكون تفاعل الكربنة كافياً ومعتدلًا ، مما يتجنب التفاعل غير المكتمل مما يؤدي إلى ضعف أداء ألياف الكربون ومنع الكربنة المفرطة من زيادة هشاشة الألياف. من خلال التحكم في عملية الكربنة الدقيقة ، يمكن أن تشكل ألياف الكربون 1K بنية مجهرية عالية الجودة ، مما يضع أساس أداء قوي للنسج اللاحق في القماش وصنع مواد مركبة. ​

(2) تحسين عملية النسيج
ضمان دقة المعدات: في عملية نسج ألياف الكربون 1K إلى قطعة قماش عادي ، تلعب معدات النسيج المتقدمة عالية الدقة دورًا رئيسيًا. تم تجهيز هذا النوع من المعدات بنظام التحكم في الحركة المتطور الذي يمكنه التحكم في تشابك خيوط الاعوجاج واللحمة بدقة للغاية. يمكن أن تتحكم تقنية Jacquard الإلكترونية بدقة في حركة الرفع والخفض لكل غزل Warp وفقًا لنمط النسيج المسبق لضمان دقة التشابك مع خيوط اللحمة. في الوقت نفسه ، يراقب مستشعر التوتر تغييرات التوتر في الغزل في الوقت الفعلي ، ويتم استخدام جهاز التعديل التلقائي لضبط التوتر ديناميكيًا ، بحيث تحافظ خيوط الاعوجاج واللحمة دائمًا على توتر موحد ومناسب أثناء عملية النسيج. من أجل نسج قطعة قماش سهلة من ألياف الكربون 1K ، قد يتسبب التوتر المرتفع للغاية في كسر أحادي الطرد ، في حين أن التوتر المنخفض للغاية سيجعل هيكل النسيج فضفاضًا ويؤثر على الأداء الكلي للقماش. ​
تعديل معلمات العملية: بالإضافة إلى دقة المعدات ، يعد تحسين معلمات عملية النسيج وسيلة مهمة لتحسين جودة قطعة قماش ألياف الكربون التي يبلغ طولها 1 كيلو. سرعة النسيج هي معلمة رئيسية. بالنسبة لألياف الكربون 1K ، عادة ما يتم التحكم في سرعة النسيج بمستوى منخفض نسبيًا. وذلك لأن انخفاض سرعة النسيج تساعد المشغلين على مراقبة عملية النسيج والتحكم فيها بشكل أفضل ، واكتشاف المشكلات المحتملة وحلها على الفور مثل متعرج أحادي الأسلاك والأسلاك المكسورة. يمكن أن تقلل سرعة النسيج البطيئة من الأضرار الميكانيكية للحيدة أثناء عملية النسيج والحفاظ على النزاهة والأداء الأصلي للحيدة إلى أقصى حد. من خلال ضبط زاوية البيع بين خيوط الاعوجاج واللحمة ، وتغيير طريقة الإدراج لخيوط اللحمة وغيرها من معلمات العملية ، يمكن تحسين هيكل القماش العادي لجعله أكثر إحكاما واستقرارًا ، وبالتالي إعطاء اللعب الكامل للقوة والمزايا المعامل لألياف الكربون 1K نفسها.

تحليل مزايا الأداء في القوة والمعامل
(ط) آلية تحقيق القوة العالية
مزايا البنية المجهرية: عندما تتفاقم قطعة قماش سليفة من ألياف الكربون 1K مع مواد المصفوفة مثل الراتنج لإعداد المواد المركبة ، يتم عرض أدائها الممتاز في قوتها بالكامل. في البنية المجهرية للمادة المركبة ، يتم ترتيب أحادي الألياف الكربونية 1K بانتظام بشكل منتظم أثناء عملية النسيج ، بحيث يتم التحكم بدقة للغاية بعد تفاقمها بمواد المصفوفة ، ويمكن التحكم في توجيه الألياف وتوزيعها بدقة للغاية. أظهرت الدراسات أنه في ظل الظروف المثالية ، فإن درجة توجيه ألياف الكربون 1K في المادة المركبة مرتفعة للغاية ، مما يعني أن معظم الألياف أحادية ألياف الكربون يمكن أن تكون في أفضل اتجاه للحمل عند التأكيد على المادة. عندما تتعرض المادة المركبة للقوة الخارجية الشد ، يمكن نقل الإجهاد بسرعة وكفاءة على طول أحادي الألياف الكربونية. نظرًا لأن كل حدة يمكن أن تعطي لعبًا كاملاً لخصائص قوته العالية ، فإن المادة المركبة بأكملها يمكنها تحمل قوة الشد العظيمة دون تشوه أو كسر ، والتي لها مزايا كبيرة على قوة الشد من الصلب العادي. ​
تعزيز ربط الواجهة: بالإضافة إلى مزايا التوجه والتوزيع للألياف نفسها ، فإن ربط الواجهة الجيدة بين قطعة قماش ذات ألياف الكربون البسيطة ومواد المصفوفة هي أيضًا أحد العوامل الرئيسية لتحقيق قوة عالية. في عملية إعداد المواد المركبة ، يمكن تحسين أداء الترابط بين الألياف بين ألياف الكربون وراتنج المصفوفة بشكل كبير عن طريق علاج سطح ألياف الكربون أو باستخدام عوامل اقتران خاصة. يتم إدخال المجموعات الوظيفية النشطة على سطح ألياف الكربون عن طريق علاج الأكسدة. يمكن أن تتفاعل هذه المجموعات الوظيفية كيميائيًا مع جزيئات الراتنج لتشكيل روابط كيميائية ، وبالتالي تعزيز الترابط بين الألياف والمصفوفة. يمكّن الربط البيني الجيد من نقل الإجهاد وتوزيعه بشكل فعال بين الألياف والمصفوفة عندما تتعرض المادة المركبة للإجهاد ، وتجنب حدوث ظواهر الفشل مثل خلاف الواجهة ، وزيادة تحسين القوة الكلية للمادة المركبة. ​

(2) المبدأ الجوهري للمعامل العالي
مساهمة الأداء الجوهري للألياف الكربونية: يعد المعامل مؤشرًا مهمًا على قدرة المادة على مقاومة التشوه المرن ، كما أن نسج ألياف الكربون 1K يعمل جيدًا في هذا الصدد. يعتبر المعامل العالي من نسج ألياف الكربون 1K أولاً وقبل كل شيء بسبب الجودة العالية لألياف الكربون نفسها. أثناء عملية الإنتاج ، من خلال التحكم الدقيق للعملية ، يتم تشكيل بنية جريفية من الجرافيت ذات التوجه العالي داخل ألياف الكربون. يمنح هذا الهيكل ألياف الكربون صلابة محورية عالية للغاية ، مما يسمح لألياف الكربون بمقاومة التشوه بشكل فعال عندما يتعرض للإجهاد. توضح بيانات الأبحاث أن معامل الشد من ألياف الكربون عالية الجودة 1K له ميزة كبيرة على بعض ألياف الكربون منخفضة الجودة أو غيرها من مواد الألياف التقليدية. في نسج ألياف الكربون 1K ، نظرًا لعدد قليل من الأحاديات والترتيب المنتظم ، يمكن أن تعمل ألياف الكربون معًا بكفاءة عند تعريضها للقوات الخارجية. عندما تتعرض المادة للإجهاد الشد أو الضغط ، يمكن أن تدعم ألياف الكربون المجاورة بعضها البعض وتبادل القوة الخارجية معًا ، وبالتالي تقاوم التشوه بشكل فعال وجعل النسج العادي بأكمله يظهر خاصية معامل أعلى. ​
تآزر المواد المركبة: في نظام المواد المركبة ، يزيد التآزر بين نسج ألياف الكربون 1K ومواد المصفوفة بشكل أكبر من أداء المعامل للمادة. كمرحلة مستمرة ، يمكن لمواد المصفوفة نقل القوى الخارجية بالتساوي إلى ألياف الكربون مع الحد من التشوه الجانبي لألياف الكربون. كمرحلة تعزيز ، يوفر نسج ألياف الكربون 1K سعة الحمل الرئيسية للحمل للمادة المركبة مع خصائص معاملها العالية. في مركبات مصفوفة البوليمر البوليمرية المعززة من ألياف الكربون 1K ، من خلال تصميم عقلانية لنسبة الألياف إلى المصفوفة وهيكل الواجهة ، يمكن تحسين معامل المواد المركبة بشكل كبير ، وهو أعلى بكثير من معامل مواد المصفوفة النقية ويمكن أن تلبي احتياجات العديد من سيناريوهات التطبيق ذات المتطلبات العالية للغاية.