Primjena ultrakratkih karbonskih vlakana

Kao ključni član naprednog polja kompozita, ultrakratka karbonska vlakna, sa svojim jedinstvenim svojstvima, izazvala su široku pozornost u mnogim industrijskim i tehnološkim područjima. Pruža potpuno novo rješenje za visoke performanse materijala, a dubinsko razumijevanje tehnologija i procesa njegove primjene ključno je za poticanje razvoja povezanih industrija.

Elektronske mikrografije ultrakratkih karbonskih vlakana

Tipično, duljina ultrakratkih karbonskih vlakana je između 0,1 – 5 mm, a njihova gustoća je niska i iznosi 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 od preko 2000°C u atmosferi koja ne oksidira.

Tehnologija primjene i postupak ultrakratkih karbonskih vlakana u području zrakoplovstva

U području zrakoplovstva, ultrakratka karbonska vlakna se uglavnom koriste za ojačanjesmolamatrični kompoziti. Ključ tehnologije je da se karbonska vlakna ravnomjerno rasprše u matrici smole. Na primjer, usvajanje tehnologije ultrazvučne disperzije može učinkovito razbiti fenomen aglomeracije karbonskih vlakana, tako da koeficijent disperzije doseže više od 90%, osiguravajući dosljednost svojstava materijala. U isto vrijeme, korištenje tehnologije površinske obrade vlakana, kao što je korištenjesredstvo za spajanjeliječenje, može napravitikarbonska vlaknaa čvrstoća spoja smole povećana je za 30% – 50%.

U proizvodnji krila zrakoplova i drugih strukturnih komponenti, korištenje procesa vrućeg prešanja spremnika. Prije svega, ultrakratka ugljična vlakna i smola pomiješana s određenim udjelom preprega, slojevito postavljeni u spremnik vruće preše. Zatim se stvrdnjava i oblikuje na temperaturi od 120 – 180°C i tlaku od 0,5 – 1,5 MPa. Ovaj proces može učinkovito isprazniti mjehuriće zraka u kompozitnom materijalu kako bi se osigurala gustoća i visoka učinkovitost 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, međufazna adhezija između karbonskih vlakana i osnovnih materijala (nprpolipropilen, itd.) može se povećati za oko 40%. U isto vrijeme, kako bi se poboljšala njegova izvedba u okruženjima složenog stresa, tehnologija dizajna orijentacije vlakana koristi se za prilagodbu smjera poravnanja vlakana prema smjeru naprezanja na dijelu.

Proces injekcijskog prešanja često se koristi u proizvodnji dijelova kao što su haube automobila. Ultrakratka ugljična vlakna miješaju se s plastičnim česticama i zatim ubrizgavaju u šupljinu kalupa putem visoke temperature i pritiska. Temperatura ubrizgavanja je općenito 200 – 280 ℃, tlak ubrizgavanja je 50 – 150 MPa. Ovaj proces može ostvariti brzo oblikovanje dijelova složenog oblika i može osigurati jednoliku raspodjelu karbonskih vlakana u proizvodima.

Tehnologija i proces primjene ultrakratkih karbonskih vlakana u području elektronike

U području elektroničke disipacije topline, korištenje toplinske vodljivosti ultrakratkih karbonskih vlakana je ključno. Optimiziranjem stupnja grafitizacije karbonskih vlakana, njegova se toplinska vodljivost može povećati na više od 1000W/(mK). U međuvremenu, kako bi se osigurao dobar kontakt s elektroničkim komponentama, tehnologija površinske metalizacije, kao što je kemijsko poniklavanje, može smanjiti površinski otpor karbonskih vlakana za više od 80%.

Proces metalurgije praha može se koristiti u proizvodnji hladnjaka CPU računala. Ultrakratka karbonska vlakna pomiješana su s metalnim prahom (npr. bakreni prah) i sinterirana pod visokom temperaturom i pritiskom. Temperatura sinteriranja je općenito 500 – 900°C, a tlak 20 – 50 MPa. Ovaj proces omogućuje ugljičnim vlaknima da formiraju kanal dobre toplinske vodljivosti s metalom i poboljšava učinkovitost rasipanja topline.

Od zrakoplovne industrije preko automobilske industrije do elektronike, uz stalne inovacije tehnologije i optimizacije procesa, ultrakratkikarbonska vlaknaće zasjati na više polja, ubrizgavajući moćniju snagu za modernu znanost i tehnologiju te industrijski razvoj.