Primjena ultrakratkih karbonskih vlakana

Kao ključni član područja naprednih kompozita, ultrakratka karbonska vlakna, sa svojim jedinstvenim svojstvima, privukla su široku pozornost u mnogim industrijskim i tehnološkim područjima. Pružaju potpuno novo rješenje za visokoučinkovite materijale, a dubinsko razumijevanje njihovih tehnologija i procesa primjene ključno je za poticanje razvoja srodnih industrija.

Elektronske mikrografije ultrakratkih ugljičnih vlakana

Tipično, duljina ultrakratkih karbonskih vlakana je između 0,1 – 5 mm, a njihova gustoća je niska, 1,7 – 2 g/cm³. S niskom gustoćom od 1,7 – 2,2 g/cm³, vlačnom čvrstoćom od 3000 – 7000 MPa i modulom elastičnosti od 200 – 700 GPa, ova izvrsna mehanička svojstva čine osnovu za njegovu upotrebu u nosivim konstrukcijama. Osim toga, ima izvrsnu otpornost na visoke temperature i može izdržati visoke temperature preko 2000 °C u neoksidirajućoj atmosferi.

Tehnologija i proces primjene ultrakratkih karbonskih vlakana u zrakoplovnom području

U zrakoplovnoj industriji, ultrakratka karbonska vlakna se uglavnom koriste za ojačanjesmolamatrični kompoziti. Ključ tehnologije je ravnomjerno raspršiti karbonska vlakna u matrici smole. Na primjer, primjena ultrazvučne tehnologije disperzije može učinkovito prekinuti fenomen aglomeracije karbonskih vlakana, tako da koeficijent disperzije doseže više od 90%, osiguravajući konzistentnost svojstava materijala. Istovremeno, korištenje tehnologije obrade površine vlakana, kao što je korištenjesredstvo za spajanjeliječenje, može učinitikarbonska vlaknai čvrstoća veze na granici smole povećana je za 30% – 50%.

U proizvodnji krila zrakoplova i drugih strukturnih komponenti koristi se postupak vrućeg prešanja. Prije svega, ultrakratka karbonska vlakna i smola pomiješani s određenim omjerom preprega nanose se u slojevima u spremnik vrućeg prešanja. Zatim se stvrdnjava i oblikuje na temperaturi od 120 – 180 °C i tlaku od 0,5 – 1,5 MPa. Ovaj postupak može učinkovito ispustiti mjehuriće zraka iz kompozitnog materijala kako bi se osigurala gustoća i visoke performanse proizvoda.

Tehnologija i procesi za primjenu ultrakratkih karbonskih vlakana u automobilskoj industriji

Prilikom primjene ultrakratkih karbonskih vlakana na automobilske dijelove, fokus je na poboljšanju njihove kompatibilnosti s osnovnim materijalom. Dodavanjem specifičnih kompatibilizatora, međupovršinska adhezija između karbonskih vlakana i osnovnih materijala (npr.polipropilenitd.) može se povećati za oko 40%. Istovremeno, kako bi se poboljšale njegove performanse u složenim okruženjima naprezanja, koristi se tehnologija dizajna orijentacije vlakana za podešavanje smjera poravnanja vlakana prema smjeru naprezanja na dijelu.

Postupak injekcijskog prešanja često se koristi u proizvodnji dijelova poput automobilskih hauba. Ultrakratka karbonska vlakna miješaju se s plastičnim česticama, a zatim se ubrizgavaju u šupljinu kalupa pod visokim tlakom i temperaturom. Temperatura ubrizgavanja obično je 200 – 280 ℃, a tlak ubrizgavanja 50 – 150 MPa. Ovaj postupak omogućuje brzo oblikovanje složenih dijelova i osigurava ravnomjernu raspodjelu karbonskih vlakana u proizvodima.

Tehnologija i proces primjene ultrakratkih karbonskih vlakana u području elektronike

U području elektroničkog odvođenja topline, ključno je korištenje toplinske vodljivosti ultrakratkih karbonskih vlakana. Optimiziranjem stupnja grafitizacije karbonskih vlakana, njihova toplinska vodljivost može se povećati na više od 1000 W/(mK). U međuvremenu, kako bi se osigurao dobar kontakt s elektroničkim komponentama, tehnologija površinske metalizacije, poput kemijskog niklanja, može smanjiti površinski otpor karbonskih vlakana za više od 80%.

Postupak metalurgije praha može se koristiti u proizvodnji hladnjaka za računalne procesore. Ultrakratka karbonska vlakna miješaju se s metalnim prahom (npr. bakrenim prahom) i sinteriraju pod visokom temperaturom i tlakom. Temperatura sinteriranja općenito je 500 – 900 °C, a tlak 20 – 50 MPa. Ovaj postupak omogućuje karbonskim vlaknima da formiraju dobar kanal za provođenje topline s metalom i poboljšava učinkovitost odvođenja topline.

Od zrakoplovne, preko automobilske, do elektronike, uz kontinuirane inovacije tehnologije i optimizaciju procesa, ultrakratkikarbonska vlaknazasjat će u više područja, ubrizgavajući snažniju snagu za modernu znanost i tehnologiju te industrijski razvoj.