Ultra-Short Carbon Fiber -kuidun käyttö

Ainutlaatuisten ominaisuuksiensa ansiosta ultralyhyt hiilikuitu on edistyneen komposiittialan avainjäsenenä herättänyt laajaa huomiota monilla teollisuuden ja teknologian aloilla. Se tarjoaa upouuden ratkaisun korkean suorituskyvyn materiaaleihin, ja sen sovellustekniikoiden ja prosessien syvällinen ymmärtäminen on välttämätöntä asiaan liittyvien teollisuudenalojen kehityksen edistämiseksi.

Elektronimikroskooppikuvat ultralyhyistä hiilikuiduista

Tyypillisesti ultralyhyiden hiilikuitujen pituus on 0,1-5 mm ja niiden tiheys on alhainen 1,7-2g/cm³. Pieni tiheys 1,7 - 2,2 g/cm³, vetolujuus 3000 - 7000 MPa ja kimmomoduuli 200 - 700 GPa, nämä erinomaiset mekaaniset ominaisuudet muodostavat perustan sen käytölle kantavissa rakenteissa. Lisäksi sillä on erinomainen korkeiden lämpötilojen kestävyys ja se kestää korkeita yli 2000°C lämpötiloja hapettamattomassa ilmakehässä.

Ultralyhyiden hiilikuitujen sovellustekniikka ja prosessi ilmailualalla

Ilmailualalla ultralyhyitä hiilikuituja käytetään pääasiassa vahvistamiseenhartsimatriisikomposiitit. Tekniikan avain on saada hiilikuitu jakautumaan tasaisesti hartsimatriisiin. Esimerkiksi ultraäänidispersioteknologian käyttöönotto voi tehokkaasti katkaista hiilikuitujen agglomeroitumisen ilmiön niin, että dispersiokerroin saavuttaa yli 90%, varmistaa materiaalin ominaisuuksien johdonmukaisuuden. Samaan aikaan, käyttö kuidun pintakäsittely teknologiaa, kuten käyttöäkytkentäainehoitoa, voi tehdähiilikuituaja hartsirajapinnan sidoslujuus kasvoi 30 % – 50 %.

Ilma-alusten siipien ja muiden rakenteellisten komponenttien valmistuksessa käytetään kuumapuristussäiliön prosessia. Ensinnäkin ultralyhyt hiilikuitu ja hartsi sekoitettuna tiettyyn osaan prepregiä, kerrostettiin kuumapuristussäiliöön. Sitten se kovetetaan ja muovataan 120–180 °C:n lämpötilassa ja 0,5–1,5 MPa:n paineessa. Tämä prosessi voi tehokkaasti poistaa ilmakuplat komposiittimateriaalissa varmistaakseen tuotteiden tiheyden ja korkean suorituskyvyn.

Teknologia ja prosessit erittäin lyhyen hiilikuidun soveltamiseen autoteollisuudessa

Kun käytetään ultralyhyitä hiilikuituja auton osiin, keskitytään parantamaan sen yhteensopivuutta perusmateriaalin kanssa. Lisäämällä erityisiä yhteensopivia aineita hiilikuitujen ja perusmateriaalien välinen rajapintojen tarttuvuus (esim.polypropeenijne.) voidaan lisätä noin 40 %. Samanaikaisesti parantaakseen sen suorituskykyä monimutkaisissa jännitysympäristöissä kuitusuuntauksen suunnittelutekniikkaa käytetään säätämään kuidun kohdistussuuntaa kappaleeseen kohdistuvan jännityksen suunnan mukaan.

Ruiskuvaluprosessia käytetään usein osien, kuten autojen konepellin, valmistuksessa. Ultralyhyet hiilikuidut sekoitetaan muovihiukkasten kanssa ja ruiskutetaan sitten muottipesään korkean lämpötilan ja paineen avulla. Ruiskutuslämpötila on yleensä 200 – 280 ℃, ruiskutuspaine 50 – 150 MPa. Tämä prosessi voi toteuttaa monimutkaisten muotoiltujen osien nopean muovauksen ja varmistaa hiilikuitujen tasaisen jakautumisen tuotteissa.

Ultralyhyiden hiilikuitusovellusten teknologia ja prosessi elektroniikkakentällä

Elektronisen lämmönpoiston alalla erittäin lyhyiden hiilikuitujen lämmönjohtavuuden hyödyntäminen on avainasemassa. Optimoimalla hiilikuidun grafitoitumisastetta sen lämmönjohtavuus voidaan nostaa yli 1000W/(mK). Samaan aikaan varmistaakseen sen hyvän kontaktin elektronisten komponenttien kanssa pintametallointitekniikka, kuten kemiallinen nikkelipinnoitus, voi vähentää hiilikuidun pintavastusta yli 80%.

Jauhemetallurgiaprosessia voidaan käyttää tietokoneiden suorittimen jäähdytyselementtien valmistuksessa. Ultralyhyt hiilikuitu sekoitetaan metallijauheeseen (esim. kuparijauhe) ja sintrataan korkeassa lämpötilassa ja paineessa. Sintrauslämpötila on yleensä 500 – 900°C ja paine 20 – 50 MPa. Tämä prosessi mahdollistaa hiilikuidun muodostamisen hyvän lämmönjohtavuuskanavan metallin kanssa ja parantaa lämmönpoistotehokkuutta.

Ilmailu-avaruusteollisuudesta autoteollisuuteen elektroniikkaan jatkuvalla teknologian innovaatiolla ja prosessien optimoinnilla, erittäin lyhythiilikuitualoistaa useammilla aloilla ja tuo tehokkaampaa voimaa nykyaikaiseen tieteeseen ja teknologiaan sekä teolliseen kehitykseen.