Medido liso de fibra de carbono de 1k: el secreto detrás de su excelente fuerza y módulo

La base estructural de Tejido liso de fibra de carbono de 1k ​
1K Weave liso de fibra de carbono, el "1K" aquí indica claramente que el remolque de fibra de carbono está compuesto por 1000 filamentos. En comparación con las fibras de carbono de 3K y 12K comunes, la fibra de carbono 1K tiene significativamente menos filamentos. Esta característica básica tiene un impacto profundo en su posterior formación estructural y rendimiento del rendimiento de la raíz. ​

Tela de tejido liso de fibra de carbono de 1k/3k/12k
En el proceso de tejido, debido al número relativamente pequeño de filamentos, cada filamento puede obtener más espacio en la estructura de tejido, logrando así una disposición más regular y ordenada. Cuando se adopta el proceso de tejido simple, los hilos de urdimbre y trama siguen estrictamente la regla de entrelazado de uno hacia arriba y uno hacia abajo, y se trasladan de un lado a otro entre sí. Este riguroso patrón de tejido regular finalmente crea una estructura de textura extremadamente fina y delicada del tejido liso de fibra de carbono 1K. Su superficie de tela presenta una textura delicada y suave, como si fuera una excelente obra de arte cuidadosamente tallada por los mejores artesanos, con una textura uniforme y ajustada, y casi sin huecos o defectos obvios.
Esta microestructura única establece una base sólida para el rendimiento extraordinario posterior del tejido simple de fibra de carbono 1K en términos de resistencia y módulo. La disposición de fibra ajustada y regular reduce en gran medida la probabilidad de defectos estructurales internos, de modo que cuando se somete a fuerzas externas, el estrés puede transmitirse de manera eficiente y uniforme a lo largo de la fibra, evitando efectivamente el daño estructural causado por la concentración de estrés local y proporcionar una fuerte garantía para mantener la integridad estructural en ambientes de estrés complejos. ​

El impacto del proceso de producción en el rendimiento
(I) enlace de producción de fibra de carbono
Pretratamiento de materia prima: la producción de fibra de carbono 1K comienza con la detección estricta de materias primas de alta calidad. La fibra de poliacrilonitrilo, la fibra de asfalto o la fibra de viscosa generalmente se seleccionan como las materias primas iniciales. La calidad de estas materias primas está directamente relacionada con la calidad de la fibra de carbono final. Antes de ingresar al proceso de producción formal, debe pasar por múltiples procesos de pretratamiento fino. Tomando la fibra de sartén como ejemplo, primero debe tratarse estrictamente para eliminar las impurezas, las manchas de aceite y los posibles monómeros no polimerizados unidos a la superficie de la fibra a través de la limpieza química, la filtración y otros medios para garantizar la alta pureza de las materias primas. Este paso es crucial para la estabilidad de la estructura de la fibra y la uniformidad del rendimiento durante el proceso de carbonización posterior. La presencia de impurezas puede causar defectos locales durante la carbonización, afectando seriamente la resistencia y el módulo de la fibra de carbono. ​
Control del proceso de carbonización: la carbonización es el enlace central para convertir las fibras pretratadas en fibras de carbono. El control preciso de los parámetros clave como la temperatura, la presión y el tiempo en este proceso es un arte. Para la fibra de carbono 1K, debido a su diámetro de filamento único más delgado, los requisitos de precisión para el control del proceso durante el proceso de carbonización son casi duros en comparación con las fibras de carbono de alto K. ​
Durante la etapa de calentamiento, la temperatura debe elevarse al rango predeterminado a una velocidad extremadamente lenta y uniforme. Esto se debe a que una tasa de calentamiento demasiado rápida puede causar un fuerte aumento en el estrés térmico dentro de la fibra, causando rotura de fibra o deformación estructural interna. Cuando la temperatura alcanza un rango de carbonización específico, se producen cambios químicos complejos dentro de la fibra, los elementos no carbonos escapan gradualmente en forma de gas, y los elementos de carbono comienzan a reorganizarse y cristalizar para formar una estructura microcristalina de grafito altamente orientada. En este proceso, el control preciso del entorno de presión ayuda a promover la disposición ordenada de los elementos de carbono y mejorar la cristalinidad y orientación de las fibras de carbono. Al mismo tiempo, el tiempo de carbonización dura varias horas, y la duración específica depende de las características de las materias primas y el rendimiento del producto objetivo. El control del tiempo preciso puede garantizar que la reacción de carbonización sea suficiente y moderada, evitando una reacción incompleta que conduzca a un bajo rendimiento de la fibra de carbono y evite que la carbonización excesiva aumente la fragilidad de la fibra. A través de tal control de proceso de carbonización fino, 1K de fibra de carbono puede formar una microestructura de alta calidad, estableciendo una base sólida de rendimiento para tejer posterior en tela y hacer materiales compuestos. ​

(Ii) Optimización del proceso de tejido
Garantía de precisión del equipo: en el proceso de tejer fibra de carbono 1K en tela simple, el equipo avanzado de tejido de alta precisión juega un papel clave. Este tipo de equipo está equipado con un sofisticado sistema de control de movimiento que puede controlar el intercambio de urdimbre y hilos de trama con extremadamente precisión. La tecnología electrónica de Jacquard puede controlar con precisión el movimiento de elevación y disminución de cada hilo de urdimbre de acuerdo con el patrón de tejido preestablecido para garantizar un entrelazamiento preciso con el hilo de trama. Al mismo tiempo, el sensor de tensión monitorea los cambios de tensión del hilo en tiempo real, y el dispositivo de ajuste automático se usa para ajustar dinámicamente la tensión, de modo que la urdimbre y los hilos de trama siempre mantienen una tensión uniforme y apropiada durante el proceso de tejido. Para el tejido de tela simple de fibra de carbono de 1K, la tensión demasiado alta puede hacer que el monofilamento se rompa, mientras que la tensión demasiado baja hará que la estructura de tejido se suelte y afecte el rendimiento general de la tela. ​
Ajuste de los parámetros del proceso: además de la precisión del equipo, la optimización de los parámetros del proceso de tejido también es un medio importante para mejorar la calidad de la tela simple de fibra de carbono 1K. La velocidad de tejido es un parámetro clave. Para la fibra de carbono 1K, la velocidad de tejido generalmente se controla a un nivel relativamente bajo. Esto se debe a que la velocidad de tejido más baja ayuda a los operadores a observar y controlar mejor el proceso de tejido, y rápidamente descubrir y resolver posibles problemas como el devanado de monofilamento y los cables rotos. La velocidad de tejido lenta puede reducir el daño mecánico al monofilamento durante el proceso de tejido y mantener la integridad y el rendimiento original del monofilamento en la mayor medida. Al ajustar el ángulo de entrelazamiento de la urdimbre y los hilos de trama, cambiando el método de inserción de los hilos de trama y otros parámetros del proceso, la estructura de la tela lisa puede optimizarse aún más para que sea más compacto y estable, lo que da pleno juego a la fuerza y las ventajas de módulo de fibra de carbono 1K.

Análisis de la fuerza y las ventajas del rendimiento del módulo
(I) Mecanismo de logros de alta resistencia
Ventajas de la microestructura: Cuando la tela de tejido liso de fibra de carbono 1K se agrava con materiales de matriz como la resina para preparar materiales compuestos, su excelente rendimiento en resistencia se demuestra completamente. En la microestructura del material compuesto, los monofilamentos de fibra de carbono 1K están altamente dispuestos regularmente durante el proceso de tejido, de modo que después de agravarse con el material de la matriz, la orientación y distribución de las fibras se pueden controlar extremadamente con precisión. Los estudios han demostrado que en condiciones ideales, el grado de orientación de la fibra de carbono 1K en el material compuesto es extremadamente alto, lo que significa que la mayoría de los monofilamentos de fibra de carbono pueden estar en la mejor dirección de carga cuando el material está estresado. Cuando el material compuesto se somete a una fuerza externa de tracción, la tensión se puede transmitir de manera rápida y eficiente a lo largo de los monofilamentos de fibra de carbono. Debido a que cada monofilamento puede dar un juego completo a sus características de alta resistencia, todo el material compuesto puede resistir una gran fuerza de tracción sin deformación o fractura, lo que tiene ventajas significativas sobre la resistencia a la tracción del acero ordinario. ​
Refuerzo de unión de interfaz: además de las ventajas de orientación y distribución de la fibra misma, la buena unión de interfaz entre 1K de tela de tejido liso de fibra de carbono y el material de la matriz también es uno de los factores clave para lograr una alta resistencia. En el proceso de preparación de los materiales compuestos, el rendimiento de unión interfacial entre la fibra de carbono y la resina de la matriz puede mejorarse significativamente tratando químicamente la superficie de la fibra de carbono o el uso de agentes de acoplamiento especiales. Los grupos funcionales activos se introducen en la superficie de la fibra de carbono mediante tratamiento con oxidación. Estos grupos funcionales pueden reaccionar químicamente con las moléculas de resina para formar enlaces químicos, mejorando así el enlace interfacial entre fibra y matriz. Un buen enlace interfacial permite que el estrés se transfiera y distribuya de manera efectiva entre la fibra y la matriz cuando el material compuesto está sujeto a estrés, evitando la aparición de fenómenos de falla, como el desacuerdo de la interfaz, y mejorando aún más la resistencia general del material compuesto. ​

(Ii) el principio intrínseco del alto módulo
Contribución del rendimiento intrínseco de la fibra de carbono: el módulo es un indicador importante de la capacidad del material para resistir la deformación elástica, y el tejido liso de fibra de carbono 1K también funciona bien a este respecto. El alto módulo de tejido liso de fibra de carbono 1K se debe en primer lugar a la alta calidad de la fibra de carbono en sí. Durante el proceso de producción, a través de un control preciso del proceso, se forma una estructura microcristalina de grafito altamente orientada dentro de la fibra de carbono. Esta estructura proporciona a la fibra de carbono extremadamente rigidez axial extremadamente alta, lo que permite que la fibra de carbono resistiera efectivamente la deformación cuando se somete a estrés. Los datos de la investigación muestran que el módulo de tracción de la fibra de carbono 1K de alta calidad tiene una ventaja significativa sobre una fibra de carbono de baja calidad u otros materiales de fibra tradicionales. En el tejido simple de fibra de carbono de 1K, debido al pequeño número de monofilamentos y disposición regular, las fibras de carbono pueden trabajar juntas de manera eficiente cuando se someten a fuerzas externas. Cuando el material se somete a estrés por tracción o compresión, las fibras de carbono adyacentes pueden apoyarse mutuamente y compartir la fuerza externa juntas, resistiendo efectivamente la deformación y haciendo que todo el tejido liso exhiba una propiedad de módulo más alta. ​
Synergy de material compuesto: en el sistema de material compuesto, la sinergia entre el tejido liso de fibra de carbono 1K y el material de la matriz mejora aún más el rendimiento del módulo del material. Como fase continua, el material de la matriz puede transferir uniformemente las fuerzas externas a la fibra de carbono al tiempo que limita la deformación lateral de la fibra de carbono. Como fase de refuerzo, el tejido liso de fibra de carbono 1K proporciona la capacidad principal de carga para el material compuesto con sus altas características del módulo. En los compuestos de matriz de polímero de tela liso de fibra de carbono 1K de 1K, mediante el diseño racional de la relación de fibra a la matriz y la estructura de la interfaz, el módulo del material compuesto puede mejorar significativamente, lo que es mucho más alta que el módulo de materiales de matriz pura y puede satisfacer las necesidades de muchos escenarios de aplicación con requisitos extremadamente altos para el material de material.