نخ جدید فیبر کربن مقاوم به اکسیداسیون برای کاربردهای درجه حرارت بالا: فرآیند بافندگی و سیم پیچ

1. بررسی اجمالی فناوری بافندگی و سیم پیچ

بافندگی و سیم پیچ دو روش اصلی برای پردازش نخ های فیبر کربن است. آنها می توانند مواد فیبر را با شکل ها و توابع خاص به preforms تبدیل کنند. فناوری بافندگی برای ساخت قطعات با اشکال پیچیده با فیبرهای بافندگی مناسب برای تشکیل یک ساختار دو بعدی یا سه بعدی مناسب است. در حالی که فناوری سیم پیچ این است که الیاف را در یک مسیر خاص در یک مسیر خاص باد کنید ، که اغلب برای تولید قطعات محور متقارن مانند لوله ها و کشتی های فشار استفاده می شود.

برای نخ فیبر کربن مقاوم به اکسیداسیون جدید برای کاربردهای درجه حرارت بالا ، استفاده از فناوری بافندگی و سیم پیچ نه تنها نیاز به نیازهای پردازش فیبر کربن سنتی دارد ، بلکه باید بر چالش های اضافی ناشی از پوشش های آنتی اکسیدانی نیز غلبه کند. اگرچه پوشش های آنتی اکسیدانی عملکرد درجه حرارت بالا مواد را بهبود می بخشد ، اما ممکن است بر انعطاف پذیری و عملکرد پردازش الیاف نیز تأثیر بگذارد ، بنابراین کنترل فرآیند پیشرفته تر در طول بافندگی و سیم پیچ لازم است.

2. فرآیند بافندگی نخ فیبر کربن آنتی اکسیدان
بافندگی فرآیند الیاف بافندگی با توجه به یک الگوی خاص برای تشکیل یک ساختار مش است.

(1) پیش درمانی فیبر
قبل از بافتن ، نخ های فیبر کربن آنتی اکسیدان معمولاً برای اطمینان از مقاومت پیوند بین پوشش سطح آن و ماتریس فیبر ، تحت درمان قرار می گیرند. روشهای پیش درمانی شامل تمیز کردن سطح و همگن سازی پوشش و غیره با هدف کاهش شکستگی فیبر یا تخریب عملکرد ناشی از پوشش ناهموار در هنگام بافندگی است.

(2) تجهیزات بافندگی و تنظیم پارامتر فرآیند
نخ های فیبر کربن آنتی اکسیداسیون معمولاً با استفاده از ماشین های بافندگی خودکار بافته می شوند و تجهیزات نیاز به کنترل تنش با دقت بالا و عملکرد تنظیم سرعت دارند. با توجه به وجود پوشش آنتی اکسیدان ، ممکن است شستشوی فیبر افزایش یابد ، بنابراین تنش و سرعت باید در طی فرآیند بافندگی به شدت کنترل شود تا از شکستگی فیبر جلوگیری شود. علاوه بر این ، پارامترهایی مانند زاویه بافندگی و تراکم فیبر نیز باید با توجه به نیازهای عملکرد مؤلفه نهایی بهینه سازی شوند.

(3) بافندگی اجزای پیچیده شکل
در برنامه های درجه حرارت بالا ، بسیاری از مؤلفه ها (مانند تیغه های توربین و سپرهای گرما) دارای اشکال هندسی پیچیده ای هستند که تقاضای بیشتری را برای فناوری بافندگی ایجاد می کند. از طریق فناوری بافندگی سه بعدی ، نخ های فیبر کربن آنتی اکسیداسیون را می توان در پیشانی هایی که نزدیک به شکل مؤلفه نهایی هستند ، بافته کنید. این فناوری نه تنها می تواند استفاده از مواد را بهبود بخشد ، بلکه مراحل پردازش بعدی را نیز کاهش داده و هزینه های تولید را کاهش می دهد.

(4) کنترل کیفیت در هنگام بافندگی
در طی فرآیند بافندگی ، نظارت بر زمان واقعی بر تنش فیبر ، زاویه بافندگی و یکپارچگی پوشش ، کلید اطمینان از کیفیت preforms است. با معرفی یک سیستم نظارت هوشمند ، مشکلاتی که در طی فرآیند بافندگی رخ می دهد می تواند به موقع کشف و اصلاح شود و در نتیجه میزان عملکرد را بهبود بخشد.

3 فرآیند سیم پیچ نخ فیبر کربن آنتی اکسیدان

فناوری سیم پیچ یک روش پردازش است که در آن الیاف در طول یک مسیر خاص برای تشکیل یک مؤلفه محوری در اطراف یک مسیر خاص پیچیده می شوند.

(1) طراحی و آماده سازی ماندل

Mandrel یک ابزار کلیدی در فرآیند سیم پیچ است و شکل و اندازه آن به طور مستقیم ویژگی های هندسی مؤلفه نهایی را تعیین می کند. برای اجزای پیچیده در کاربردهای دمای بالا ، ماندرل معمولاً از مواد مقاوم در برابر درجه حرارت بالا (مانند سرامیک یا گرافیت) ساخته می شود و برای اطمینان از صحت ابعادی از آن استفاده می شود.

(2) برنامه ریزی مسیر سیم پیچ

طراحی مسیر سیم پیچ باید خصوصیات مکانیکی مؤلفه و خصوصیات نخ فیبر کربن آنتی اکسیدانی را در نظر بگیرد. از طریق طراحی به کمک رایانه (CAD) و فناوری شبیه سازی ، مسیر سیم پیچ می تواند بهینه سازی شود تا از توزیع یکنواخت الیاف در مؤلفه و عملکرد بهینه اطمینان حاصل شود.

(3) تجهیزات سیم پیچ و کنترل فرآیند

نخ فیبر کربن آنتی اکسیداسیون معمولاً با استفاده از دستگاه سیم پیچ CNC زخم می شود و تجهیزات نیاز به کنترل تنش با دقت بالا و عملکرد تنظیم دما دارند. با توجه به وجود پوشش آنتی اکسیدانی ، برای جلوگیری از شکستگی فیبر یا ریختن پوشش ، باید از تنش بیش از حد یا دما در طی فرآیند سیم پیچ جلوگیری شود. پارامترهایی مانند سرعت سیم پیچ و فاصله فیبر نیز باید با توجه به نیازهای عملکرد مؤلفه دقیقاً کنترل شود.

(4) درمان و پردازش پس از
پس از سیم پیچ ، برای ترکیب کامل فیبر با ماده ماتریس (مانند رزین یا سرامیک) معمولاً باید درمان شود. برای نخ فیبر کربن مقاوم به اکسیداسیون در کاربردهای درجه حرارت بالا ، فرآیند پخت باید در شرایط دمای بالا انجام شود تا از خواص آنتی اکسیدانی مواد و پایداری درجه حرارت بالا اطمینان حاصل شود. پس از پخت ، این مؤلفه همچنین باید تحت درمان قرار گیرد و با کیفیت آزمایش شود تا اطمینان حاصل شود که نیازهای استفاده را برآورده می کند .