碳纤维行业中的无损检测

测试碳纤维的无损检测方法多种多样。SURAGUS传感器采用电学检测原理——涡流检测法。其他方法则运用光学光、X射线、超声波或热辐射。每种测量技术各有优劣。下表清晰展示了在哪些工艺环节中,哪种技术能最充分地发挥其优势。

涡流在碳纤维加工初期阶段具有最大优势

若将从粗纱到回收的整个生命周期过程纳入考量,可发现70%的成本消耗发生在前两个工艺步骤中。这些步骤涉及粗纱与二维/三维织物的生产,后续工序仅将这些材料加工成个性化复杂组件。 因此生产设计追求高产量且高度自动化,导致成本压力巨大。SURAGUS传感器可实现对工艺和产品质量的实时监控。 产品品质直接决定后续组件的性能表现。未被发现的缺陷可能对组件的可承受拉力或整体稳定性造成重大影响。通过无缝监测优化工艺流程,可在不牺牲产品质量的前提下实现物料消耗最小化与生产速度最大化。产量规模越大,微小调整带来的效益越显著,监测系统的成本回收周期也越短。

该表格展示了碳纤维生产中的价值链、相关误差与缺陷,以及最适宜的测量方法。
碳纤维行业测量方法的比较,包括其优缺点及在特定工艺步骤中的适用性。

碳纤维材料无损检测方法比较

比较表明:声学和射线检测方法具有较大的穿透深度和良好的分辨率,因此特别适用于多层复杂构件。超声波检测需要声波传播介质,并需借助额外介质(通常为水)才能穿透构件。摄像检测仅适用于表面分析,但其操作简便、可快速扫描整个表面,且经多年实践验证可靠。 热成像法同样能覆盖大面积检测区域且具有深穿透能力,但需依赖热传导介质。涡流检测法的穿透深度虽不及声学、射线或热成像法,但仍可检测多层叠结构。因此该方法虽不适用于复杂三维部件,却特别适合初始工艺阶段的检测。 相较于摄像检测,涡流检测能深入检查纤维束内部结构。即使面对多轴向层结构,该方法仍可探测光学不可见层的特性,例如其取向、材料含量、间隙及其他缺陷。

纱线与丝束测量解决方案

EddyCus® CF在线捻线系统专为在线监测捻线内外缺陷而设计。该系统由EddyCam摄像头和涡流传感器组成。摄像头可记录捻线宽度、偏移量及捻度等数据,同时检测外部可见缺陷,如纤维凸起和间隙。 涡流传感器则用于检测捻纱内部缺陷,如纤维断裂。通过同时监测内外缺陷,可全面评估捻纱质量。12k捻纱中87%的单丝位于内部,无法通过光学方法检测。反之,这意味着现有基于摄像头的监测系统无法发现捻纱中的大量缺陷。 作为电学检测方法,涡流检测技术特别适用于评估导电纱线(电子纺织品)的涂层质量。

粗纱与细纱比例的可视化
碳纤维织物间隙与取向检测系统

二维与三维纺织品中空隙的检测

EddyCus® CF在线GAP系统专为多轴向织物中的经向条纹在线检测而开发。该系统能在生产过程中(在线)检测到长度达10厘米的经向条纹。 即使相机要求更高分辨率,10厘米条纹的较低分辨率仍具有合理性。由于条纹通常存在长度超过10厘米,其检测概率极高。这为隐藏层中条纹的数量与位置分布提供了可靠的统计依据。

测定纺织品的纤维面积重量

EddyCus® CF在线式FAW系统可测量碳纤维材料(如无纺布)在整个生产宽度范围内的现有基重,并实时提供数据。如图所示,涡流信号与碳纤维材料的基重具有高度相关性。但对于材料特性差异显著的情况,可能需要采用不同的校准曲线。

纤维面积重量与涡流信号相关性图表。
该图像显示了碳纤维织物取向各向同性性的扫描结果。

测量纺织品的纤维取向和纤维面积重量

SURAGUS公司开发了在线(EddyCus® CF inline ISO)与离线(EddyCus® CF rob集成套件或EddyCus® CF map 2530 RMT)解决方案,用于测定多轴网格布各层的纤维取向与克重。 当纤维以正确角度(纤维取向)排列且用量适中(基重)时,即可确保材料在所有目标方向上具备拉伸强度。通过不间断监测所有受力方向,可降低不确定性,在保证质量的前提下减少材料用量。EddyCus® CF在线ISO监测系统配备多组传感器头,可对各层进行独立实时检测。 EddyCus® CF rob或配套OEM集成套件可作为离线/在线解决方案。涡流传感器安装于现有机械臂系统,沿待检3D部件逐行移动。配合EddyEva分析软件可进行后续评估。除机械臂外,涡流传感器亦可连接坐标测量机。 我们的旋转传感器可独立旋转至选定点,并从每个角度测量纤维材料的各向同性。通过使用参考样本,可实现最佳质量判定。