Aplikace ultrakrátkých uhlíkových vláken

Jako klíčový člen na poli pokročilých kompozitů vyvolala ultrakrátká uhlíková vlákna se svými jedinečnými vlastnostmi širokou pozornost v mnoha průmyslových a technologických oblastech. Poskytuje zbrusu nové řešení pro vysoký výkon materiálů a důkladné porozumění aplikačním technologiím a procesům je zásadní pro rozvoj souvisejících průmyslových odvětví.

Elektronové mikrofotografie ultrakrátkých uhlíkových vláken

Délka ultrakrátkých uhlíkových vláken se obvykle pohybuje mezi 0,1 – 5 mm a jejich hustota je nízká – 1,7 – 2 g/cm³. Díky nízké hustotě 1,7 – 2,2 g/cm³, pevnosti v tahu 3000 – 7000 MPa a modulu pružnosti 200 – 700 GPa jsou tyto vynikající mechanické vlastnosti základem pro jeho použití v nosných konstrukcích. Kromě toho má vynikající odolnost vůči vysokým teplotám a snese vysoké teploty přes 2000 °C v neoxidační atmosféře.

Aplikační technologie a proces ultrakrátkých uhlíkových vláken v leteckém průmyslu

V oblasti letectví se k vyztužení používají hlavně ultrakrátká uhlíková vláknapryskyřicematricové kompozity. Klíčem této technologie je vytvořit uhlíkové vlákno rovnoměrně rozptýlené v pryskyřicové matrici. Například použití technologie ultrazvukové disperze může účinně prolomit fenomén aglomerace uhlíkových vláken, takže koeficient disperze dosahuje více než 90%, což zajišťuje konzistenci vlastností materiálu. Zároveň se využívá technologie povrchové úpravy vláken, např. využitíspojovací prostředekléčba, může udělatuhlíkové vláknoa pevnost vazby na rozhraní pryskyřice se zvýšila o 30 % – 50 %.

Při výrobě křídel letadel a dalších konstrukčních dílů se používá proces lisování za tepla. Především ultrakrátké uhlíkové vlákno a pryskyřice smíchané s určitým podílem vyrobené z prepregu, vrstvené do horké lisovací nádrže. Poté se vytvrzuje a tvaruje při teplotě 120 – 180 °C a tlaku 0,5 – 1,5 MPa. Tento proces může účinně vypouštět vzduchové bubliny v kompozitním materiálu, aby byla zajištěna hustota a vysoký výkon produktů.

Technologie a procesy pro aplikaci ultrakrátkých uhlíkových vláken v automobilovém průmyslu

Při aplikaci ultrakrátkých uhlíkových vláken na automobilové díly je kladen důraz na zlepšení jejich kompatibility se základním materiálem. Přidáním specifických kompatibilizérů se zlepší adheze mezi uhlíkovými vlákny a základními materiály (napřpolypropylenatd.) lze zvýšit o cca 40 %. Současně, aby se zlepšil jeho výkon ve složitých namáhaných prostředích, se používá technologie návrhu orientace vláken pro úpravu směru vyrovnání vláken podle směru namáhání součásti.

Proces vstřikování se často používá při výrobě dílů, jako jsou kapoty automobilů. Ultra krátká uhlíková vlákna jsou smíchána s plastovými částicemi a poté vstřikována do dutiny formy pomocí vysoké teploty a tlaku. Teplota vstřikování je obecně 200 – 280 ℃, vstřikovací tlak je 50 – 150 MPa. Tento proces může realizovat rychlé lisování složitě tvarovaných dílů a může zajistit rovnoměrné rozložení uhlíkových vláken ve výrobcích.

Technologie a proces aplikace ultrakrátkých uhlíkových vláken v oblasti elektroniky

V oblasti elektronického odvodu tepla je klíčové využití tepelné vodivosti ultrakrátkých uhlíkových vláken. Optimalizací stupně grafitizace uhlíkového vlákna lze zvýšit jeho tepelnou vodivost na více než 1000W/(mK). Mezitím, aby byl zajištěn dobrý kontakt s elektronickými součástkami, technologie povrchové metalizace, jako je chemické niklování, může snížit povrchový odpor uhlíkových vláken o více než 80%.

Proces práškové metalurgie lze použít při výrobě chladičů CPU počítačů. Ultrakrátké uhlíkové vlákno je smícháno s kovovým práškem (např. měděným práškem) a spékáno za vysoké teploty a tlaku. Teplota slinování je obecně 500 – 900 °C a tlak 20 – 50 MPa. Tento proces umožňuje uhlíkovým vláknům vytvořit s kovem dobrý kanál pro vedení tepla a zlepšuje účinnost odvodu tepla.

Od leteckého průmyslu přes automobilový průmysl až po elektroniku, s neustálými inovacemi technologií a optimalizací procesů, ultrakrátkéuhlíkové vláknozazáří ve více oblastech a vnese větší sílu do moderní vědy a techniky a průmyslového rozvoje.