Anwendung von ultrakurzen Kohlenstofffasern

Als Schlüsselelement im Bereich der fortschrittlichen Verbundwerkstoffe haben ultrakurze Kohlenstofffasern mit ihren einzigartigen Eigenschaften in vielen industriellen und technologischen Bereichen große Aufmerksamkeit erregt. Es bietet eine völlig neue Lösung für Hochleistungsmaterialien, und ein tiefgreifendes Verständnis seiner Anwendungstechnologien und -prozesse ist unerlässlich, um die Entwicklung verwandter Industrien voranzutreiben.

Elektronenmikroskopische Aufnahmen ultrakurzer Kohlenstofffasern

Typischerweise liegt die Länge ultrakurzer Kohlenstofffasern zwischen 0,1 und 5 mm und ihre Dichte ist mit 1,7 bis 2 g/cm³ gering. Mit einer geringen Dichte von 1,7 – 2,2 g/cm³, einer Zugfestigkeit von 3000 – 7000 MPa und einem Elastizitätsmodul von 200 – 700 GPa bilden diese hervorragenden mechanischen Eigenschaften die Grundlage für den Einsatz in tragenden Strukturen. Darüber hinaus verfügt es über eine hervorragende Hochtemperaturbeständigkeit und hält hohen Temperaturen von über 2000 °C in einer nicht oxidierenden Atmosphäre stand.

Anwendungstechnologie und Prozess ultrakurzer Kohlenstofffasern im Luft- und Raumfahrtbereich

Im Luft- und Raumfahrtbereich werden ultrakurze Kohlenstofffasern hauptsächlich zur Verstärkung eingesetztHarzMatrixverbundwerkstoffe. Der Schlüssel der Technologie besteht darin, die Kohlenstofffasern gleichmäßig in der Harzmatrix zu verteilen. Beispielsweise kann der Einsatz der Ultraschall-Dispersionstechnologie das Phänomen der Kohlefaseragglomeration effektiv unterbinden, sodass der Dispersionskoeffizient mehr als 90 % erreicht und so die Konsistenz der Materialeigenschaften gewährleistet wird. Gleichzeitig ist der Einsatz von Faseroberflächenbehandlungstechnologie, wie z. B. der Einsatz vonKopplungsmittelBehandlung, kann das machenKohlefaserund die Haftfestigkeit der Harzschnittstelle wurde um 30–50 % erhöht.

Bei der Herstellung von Flugzeugflügeln und anderen Strukturbauteilen kommt der Einsatz des Heißpressverfahrens zum Einsatz. Zunächst werden die ultrakurzen Kohlenstofffasern und das Harz mit einem bestimmten Anteil an Prepreg vermischt und in den Heißpresstank geschichtet. Anschließend wird es bei einer Temperatur von 120 – 180 °C und einem Druck von 0,5 – 1,5 MPa ausgehärtet und geformt. Dieser Prozess kann die Luftblasen im Verbundmaterial effektiv entfernen, um die Dichte und hohe Leistung der Produkte sicherzustellen.

Technologie und Prozesse für die Anwendung ultrakurzer Kohlenstofffasern in der Automobilindustrie

Beim Aufbringen ultrakurzer Carbonfasern auf Automobilteile liegt der Fokus auf der Verbesserung der Kompatibilität mit dem Grundmaterial. Durch den Zusatz spezifischer Verträglichkeitsvermittler wird die Grenzflächenhaftung zwischen Carbonfasern und Grundmaterialien (z. BPolypropylenusw.) kann um etwa 40 % erhöht werden. Um die Leistung in komplexen Belastungsumgebungen zu verbessern, wird gleichzeitig die Faserausrichtungsdesigntechnologie verwendet, um die Richtung der Faserausrichtung entsprechend der Spannungsrichtung auf das Teil anzupassen.

Das Spritzgussverfahren wird häufig bei der Herstellung von Teilen wie Autohauben eingesetzt. Ultrakurze Kohlenstofffasern werden mit Kunststoffpartikeln vermischt und dann durch hohe Temperatur und Druck in den Formhohlraum eingespritzt. Die Einspritztemperatur beträgt im Allgemeinen 200 – 280 °C, der Einspritzdruck 50 – 150 MPa. Mit diesem Verfahren können komplex geformte Teile schnell geformt und eine gleichmäßige Verteilung der Kohlenstofffasern in den Produkten sichergestellt werden.

Technologie und Prozess der Anwendung ultrakurzer Kohlenstofffasern im Elektronikbereich

Im Bereich der elektronischen Wärmeableitung ist die Nutzung der Wärmeleitfähigkeit ultrakurzer Kohlenstofffasern von entscheidender Bedeutung. Durch die Optimierung des Graphitisierungsgrads von Kohlenstofffasern kann deren Wärmeleitfähigkeit auf über 1000 W/(mK) erhöht werden. Um einen guten Kontakt mit elektronischen Bauteilen zu gewährleisten, kann eine Oberflächenmetallisierungstechnologie, wie z. B. eine chemische Vernickelung, den Oberflächenwiderstand von Kohlefasern um mehr als 80 % reduzieren.

Pulvermetallurgieverfahren können bei der Herstellung von Computer-CPU-Kühlkörpern eingesetzt werden. Die ultrakurze Kohlenstofffaser wird mit Metallpulver (z. B. Kupferpulver) vermischt und unter hoher Temperatur und hohem Druck gesintert. Die Sintertemperatur beträgt im Allgemeinen 500 – 900 °C und der Druck 20 – 50 MPa. Dieser Prozess ermöglicht es der Kohlefaser, mit dem Metall einen guten Wärmeleitungskanal zu bilden und verbessert die Wärmeableitungseffizienz.

Von der Luft- und Raumfahrt über die Automobilindustrie bis hin zur Elektronik, mit kontinuierlicher Technologieinnovation und Prozessoptimierung, ultrakurzKohlefaserwird in mehr Bereichen glänzen und der modernen Wissenschaft und Technologie sowie der industriellen Entwicklung mehr Kraft verleihen.