極短炭素繊維の応用

先端複合材料分野の主要なメンバーとして、その独特の特性を持つ超短炭素繊維は、多くの産業および技術分野で幅広い注目を集めています。これは材料の高性能のための全く新しいソリューションを提供し、関連産業の発展を促進するにはその応用技術とプロセスを深く理解することが不可欠です。

極短炭素繊維の電子顕微鏡写真

通常、超短炭素繊維の長さは 0.1 ～ 5 mm で、密度は 1.7 ～ 2 g/cm3 と低くなります。 1.7 ～ 2.2g/cm3 の低密度、3000 ～ 7000MPa の引張強さ、200 ～ 700GPa の弾性率を備えたこれらの優れた機械的特性は、耐荷重構造での使用の基礎を形成します。また、耐高温性にも優れており、非酸化性雰囲気中では2000℃を超える高温にも耐えることができます。

超短繊維炭素繊維の航空宇宙分野への応用技術とプロセス

航空宇宙分野では、超短繊維は主に補強材として使用されています。樹脂マトリックス複合材料。この技術の鍵は、炭素繊維を樹脂マトリックス中に均一に分散させることです。たとえば、超音波分散技術を採用すると、炭素繊維の凝集現象を効果的に破壊できるため、分散係数は90%以上に達し、材料特性の一貫性が確保されます。同時に、繊維表面処理技術の使用など、カップリング剤治療、作ることができます炭素繊維樹脂界面の接着強度は 30% ～ 50% 増加しました。

航空機の翼やその他の構造部品の製造では、ホットプレスタンクプロセスが使用されます。まず、極短炭素繊維と樹脂を一定割合で混合したプリプレグをホットプレス槽内に積層します。温度120～180℃、圧力0.5～1.5MPaで硬化成形します。このプロセスにより、複合材料内の気泡を効果的に排出し、製品の緻密さと高性能を確保できます。

自動車産業における超短炭素繊維の応用技術とプロセス

超短繊維炭素繊維を自動車部品に適用する場合、基材との親和性を高めることが重視されます。特定の相溶化剤を添加することにより、炭素繊維と基材（例：ポリプロピレン、など）を約40％増やすことができます。同時に、複雑な応力環境における性能を向上させるために、部品にかかる応力の方向に応じて繊維の整列方向を調整する繊維配向設計技術が使用されています。

射出成形プロセスは、自動車のボンネットなどの部品の製造によく使用されます。超短炭素繊維をプラスチック粒子と混合し、高温高圧で金型キャビティに注入します。射出温度は通常200～280℃、射出圧力は50～150MPaです。このプロセスにより、複雑な形状の部品を迅速に成形することができ、製品内の炭素繊維の均一な分布を確保できます。

超短炭素繊維のエレクトロニクス分野への応用技術とプロセス

電子放熱の分野では、極短炭素繊維の熱伝導率の利用が鍵となります。炭素繊維の黒鉛化度を最適化することで、熱伝導率を1000W/(mK)以上まで高めることができます。一方、電子部品との良好な接触を確保するために、化学ニッケルメッキなどの表面金属化技術により、炭素繊維の表面抵抗を 80% 以上低減できます。

粉末冶金プロセスは、コンピューター CPU ヒートシンクの製造に使用できます。極短炭素繊維に銅粉などの金属粉を混合し、高温高圧下で焼結します。焼結温度は通常500～900℃、圧力は20～50MPaです。このプロセスにより、カーボンファイバーが金属と良好な熱伝導チャネルを形成し、熱放散効率が向上します。

航空宇宙から自動車産業、エレクトロニクスに至るまで、継続的な技術革新とプロセス最適化により、超短納期炭素繊維より多くの分野で輝きを増し、現代の科学技術と産業の発展にさらに強力なパワーを注ぎます。