Dây đồng bằng sợi carbon 1K: Bí mật đằng sau sức mạnh và mô đun tuyệt vời của nó

Cơ sở cấu trúc của Dệt bằng sợi carbon 1k ​
Dệt bằng sợi carbon 1K, "1K" ở đây chỉ ra rõ ràng rằng kéo sợi carbon bao gồm 1000 sợi. So với các sợi carbon 3K và 12K phổ biến, sợi carbon 1K có ít sợi hơn đáng kể. Đặc điểm cơ bản này có tác động sâu sắc đến sự hình thành cấu trúc và hiệu suất cấu trúc tiếp theo của nó từ gốc. ​

Vải dệt bằng sợi carbon 1K/3K/12K
Trong quá trình dệt, do số lượng sợi tương đối nhỏ, mỗi sợi có thể có được nhiều không gian hơn trong cấu trúc dệt, do đó đạt được sự sắp xếp thường xuyên và có trật tự hơn. Khi quá trình dệt đơn giản được thông qua, sợi sợi và sợi ngang nghiêm ngặt tuân theo quy tắc đan xen của một người lên và một xuống, và họ đưa vào lại với nhau. Mô hình dệt nghiêm ngặt và thường xuyên này cuối cùng tạo ra một cấu trúc kết cấu cực kỳ mịn và tinh tế của dệt đồng bằng sợi carbon 1K. Bề mặt vải của nó thể hiện một kết cấu tinh tế và mịn màng, như thể nó là một tác phẩm nghệ thuật tốt được chạm khắc cẩn thận bởi các thợ thủ công hàng đầu, với một kết cấu đồng nhất và chặt chẽ, và hầu như không có khoảng trống hoặc lỗ hổng rõ ràng.
Cấu trúc vi mô độc đáo này đặt nền tảng vững chắc cho hiệu suất phi thường sau đó của dệt đồng bằng sợi carbon 1K về sức mạnh và mô đun. Sự sắp xếp sợi chặt chẽ và thường xuyên làm giảm đáng kể khả năng các khiếm khuyết cấu trúc bên trong, do đó khi phải chịu các lực bên ngoài, căng thẳng có thể được truyền hiệu quả và đồng đều dọc theo sợi, tránh hiệu quả thiệt hại cấu trúc do nồng độ ứng suất cục bộ và cung cấp bảo đảm mạnh mẽ để duy trì toàn bộ cấu trúc trong môi trường căng thẳng phức tạp. ​

Tác động của quá trình sản xuất đối với hiệu suất
(I) Liên kết sản xuất sợi carbon
Tiền xử lý nguyên liệu thô: Việc sản xuất sợi carbon 1K bắt đầu với việc sàng lọc nghiêm ngặt các nguyên liệu thô chất lượng cao. Sợi polyacrylonitril, sợi nhựa hoặc sợi viscose thường được chọn làm nguyên liệu thô ban đầu. Chất lượng của các nguyên liệu thô này có liên quan trực tiếp đến chất lượng của sợi carbon cuối cùng. Trước khi bước vào quy trình sản xuất chính thức, nó cần phải trải qua nhiều quy trình tiền xử lý tốt. Lấy ví dụ về sợi pan, trước tiên, nó phải được xử lý nghiêm ngặt để loại bỏ tạp chất, vết dầu và các monome không được hòa tan có thể gắn trên bề mặt sợi thông qua làm sạch hóa học, lọc và các phương tiện khác để đảm bảo độ tinh khiết cao của nguyên liệu thô. Bước này rất quan trọng cho sự ổn định của cấu trúc sợi và tính đồng nhất của hiệu suất trong quá trình cacbon hóa tiếp theo. Sự hiện diện của tạp chất có thể gây ra khiếm khuyết cục bộ trong quá trình cacbon hóa, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức mạnh và mô đun của sợi carbon. ​
Kiểm soát quá trình cacbon hóa: cacbon hóa là liên kết cốt lõi trong việc chuyển đổi các sợi được xử lý trước thành sợi carbon. Việc kiểm soát chính xác các thông số chính như nhiệt độ, áp suất và thời gian trong quá trình này là một nghệ thuật. Đối với sợi carbon 1K, do đường kính sợi đơn mỏng hơn của nó, các yêu cầu chính xác đối với việc kiểm soát quá trình trong quá trình cacbon hóa gần như khắc nghiệt so với các sợi carbon K cao. ​
Trong giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ cần được nâng lên phạm vi được xác định trước với tốc độ cực kỳ chậm và đồng đều. Điều này là do quá nhanh, tốc độ gia nhiệt có thể gây ra sự gia tăng mạnh của ứng suất nhiệt bên trong sợi, gây ra sự phá vỡ sợi hoặc biến dạng cấu trúc bên trong. Khi nhiệt độ đạt đến một phạm vi cacbon hóa cụ thể, những thay đổi hóa học phức tạp xảy ra bên trong sợi, các yếu tố không carbon dần dần thoát ra dưới dạng khí và các yếu tố carbon bắt đầu sắp xếp lại và kết tinh để tạo thành cấu trúc vi khuẩn than chì có định hướng cao. Trong quá trình này, sự kiểm soát chính xác của môi trường áp lực giúp thúc đẩy sự sắp xếp có trật tự của các yếu tố carbon và cải thiện độ kết tinh và định hướng của sợi carbon. Đồng thời, thời gian cacbon hóa kéo dài trong vài giờ và thời lượng cụ thể phụ thuộc vào các đặc tính của nguyên liệu thô và hiệu suất của sản phẩm mục tiêu. Kiểm soát thời gian chính xác có thể đảm bảo rằng phản ứng cacbon hóa là đủ và vừa phải, tránh phản ứng không hoàn toàn dẫn đến hiệu suất kém của sợi carbon và ngăn chặn quá trình cacbon hóa quá mức tăng độ giòn của sợi. Thông qua việc kiểm soát quá trình cacbon hóa tốt như vậy, sợi carbon 1K có thể tạo thành một cấu trúc vi mô chất lượng cao, đặt nền tảng hiệu suất vững chắc để dệt vào vải tiếp theo và làm vật liệu composite. ​

(Ii) Tối ưu hóa quá trình dệt
Đảm bảo độ chính xác của thiết bị: Trong quá trình dệt sợi carbon 1K vào vải trơn, thiết bị dệt có độ chính xác cao tiên tiến đóng vai trò chính. Loại thiết bị này được trang bị một hệ thống điều khiển chuyển động tinh vi có thể kiểm soát sự đan xen của sợi sợi và sợi ngang cực kỳ chính xác. Công nghệ Jacquard điện tử có thể kiểm soát chính xác chuyển động nâng và giảm của từng sợi dọc theo mô hình dệt đặt trước để đảm bảo đan xen chính xác với sợi sợi ngang. Đồng thời, cảm biến căng thẳng theo dõi sự thay đổi lực căng của sợi trong thời gian thực và thiết bị điều chỉnh tự động được sử dụng để điều chỉnh động lực căng, để các sợi sợi và sợi ngang luôn duy trì đồng đều và căng thẳng thích hợp trong quá trình dệt. Đối với việc dệt vải trơn bằng sợi carbon 1K, độ căng quá cao có thể khiến đơn bào bị vỡ, trong khi độ căng quá thấp sẽ làm cho cấu trúc dệt lỏng lẻo và ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của vải. ​
Điều chỉnh các thông số quy trình: Ngoài độ chính xác của thiết bị, tối ưu hóa các thông số quá trình dệt cũng là một phương tiện quan trọng để cải thiện chất lượng của vải trơn bằng sợi carbon 1K. Tốc độ dệt là một tham số chính. Đối với sợi carbon 1K, tốc độ dệt thường được kiểm soát ở mức tương đối thấp. Điều này là do tốc độ dệt thấp hơn giúp các nhà khai thác quan sát và kiểm soát quá trình dệt tốt hơn, và nhanh chóng khám phá và giải quyết các vấn đề có thể xảy ra như cuộn dây monofilament và dây bị hỏng. Tốc độ dệt chậm có thể làm giảm thiệt hại cơ học cho đơn bào trong quá trình dệt và duy trì tính toàn vẹn và hiệu suất ban đầu của monofilament ở mức độ lớn nhất. Bằng cách điều chỉnh góc đan xen của sợi sợi và sợi ngang, thay đổi phương pháp chèn của sợi ngang và các tham số quy trình khác, cấu trúc của vải trơn có thể được tối ưu hóa hơn nữa để làm cho nó nhỏ gọn và ổn định hơn, do đó tạo ra toàn bộ cho sức mạnh và mô đun ưu điểm của sợi carbon 1k.

Phân tích sức mạnh và lợi thế hiệu suất của mô đun
(I) Cơ chế đạt được sức mạnh cao
Ưu điểm của cấu trúc vi mô: Khi vải dệt bằng sợi carbon 1K được kết hợp với các vật liệu ma trận như nhựa để chuẩn bị vật liệu composite, hiệu suất tuyệt vời của nó có sức mạnh được thể hiện đầy đủ. Trong cấu trúc vi mô của vật liệu composite, các đơn bào sợi carbon 1K được sắp xếp rất thường xuyên trong quá trình dệt, do đó sau khi được kết hợp với vật liệu ma trận, định hướng và phân phối của các sợi có thể được kiểm soát cực kỳ chính xác. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng trong điều kiện lý tưởng, mức độ định hướng của sợi carbon 1K trong vật liệu composite là cực kỳ cao, điều đó có nghĩa là hầu hết các đơn bào sợi carbon có thể theo hướng chịu tải tốt nhất khi vật liệu được nhấn mạnh. Khi vật liệu composite chịu lực bên ngoài kéo, ứng suất có thể được truyền nhanh chóng và hiệu quả dọc theo các đơn bào sợi carbon. Bởi vì mỗi monofilament có thể chơi đầy đủ cho các đặc tính cường độ cao của nó, toàn bộ vật liệu composite có thể chịu được lực kéo lớn mà không bị biến dạng hoặc gãy xương, có những ưu điểm đáng kể so với độ bền kéo của thép thông thường. ​
Củng cố liên kết giao diện: Ngoài các lợi thế định hướng và phân phối của chính sợi, liên kết giao diện tốt giữa vải dệt bằng sợi carbon 1K và vật liệu ma trận cũng là một trong những yếu tố chính để đạt được cường độ cao. Trong quá trình chuẩn bị vật liệu composite, hiệu suất liên kết giữa các sợi carbon và nhựa ma trận có thể được cải thiện đáng kể bằng cách xử lý hóa học bề mặt của sợi carbon hoặc sử dụng các tác nhân ghép đặc biệt. Các nhóm chức năng hoạt động được giới thiệu trên bề mặt sợi carbon bằng cách xử lý oxy hóa. Các nhóm chức này có thể phản ứng hóa học với các phân tử nhựa để tạo thành liên kết hóa học, do đó tăng cường liên kết giữa các sợi và ma trận. Liên kết giao thoa tốt cho phép ứng suất được chuyển và phân phối hiệu quả giữa sợi và ma trận khi vật liệu composite bị căng thẳng, tránh sự xuất hiện của các hiện tượng thất bại như gỡ lỗi giao diện và cải thiện hơn nữa sức mạnh tổng thể của vật liệu tổng hợp. ​

(Ii) Nguyên tắc nội tại của mô đun cao
Đóng góp của hiệu suất nội tại của sợi carbon: Mô đun là một chỉ số quan trọng về khả năng chống biến dạng đàn hồi của vật liệu và dệt đồng bằng sợi carbon 1K cũng hoạt động tốt trong vấn đề này. Các mô đun cao của Dệt bằng sợi carbon 1K trước hết là do chất lượng cao của chính sợi carbon. Trong quá trình sản xuất, thông qua kiểm soát quá trình chính xác, cấu trúc vi tinh thể than chì có định hướng cao được hình thành bên trong sợi carbon. Cấu trúc này cung cấp cho sợi carbon độ cứng cực cao, cho phép sợi carbon chống lại biến dạng một cách hiệu quả khi chịu căng thẳng. Dữ liệu nghiên cứu cho thấy mô đun kéo kéo của sợi carbon 1K chất lượng cao có lợi thế đáng kể so với một số sợi carbon chất lượng thấp hoặc các vật liệu sợi truyền thống khác. Trong dệt đồng bằng sợi carbon 1K, do số lượng nhỏ các đơn bào và sự sắp xếp thường xuyên, các sợi carbon có thể hoạt động hiệu quả với nhau khi chịu các lực bên ngoài. Khi vật liệu bị ứng suất kéo hoặc nén, các sợi carbon liền kề có thể hỗ trợ lẫn nhau và chia sẻ lực bên ngoài lại với nhau, do đó chống lại biến dạng và làm cho toàn bộ dệt đơn giản thể hiện một đặc tính mô đun cao hơn. ​
Synergy vật liệu tổng hợp: Trong hệ thống vật liệu composite, sức mạnh tổng hợp giữa dệt đồng bằng sợi carbon 1K và vật liệu ma trận giúp cải thiện hơn nữa hiệu suất mô đun của vật liệu. Là một pha liên tục, vật liệu ma trận có thể chuyển đồng đều các lực bên ngoài sang sợi carbon trong khi hạn chế biến dạng bên của sợi carbon. Là một pha gia cố, dệt đồng bằng sợi carbon 1K cung cấp khả năng chịu tải chính cho vật liệu composite với các đặc tính mô đun cao. Trong các vật liệu tổng hợp ma trận polymer gia cố bằng vải carbon 1K, bằng cách thiết kế một cách hợp lý tỷ lệ sợi so với ma trận và cấu trúc giao diện, mô đun của vật liệu composite có thể được cải thiện đáng kể, cao hơn nhiều so với mô đun của vật liệu ma trận tinh khiết và có thể đáp ứng nhiều nhu cầu của ứng dụng.