Zastosowanie ultrakrótkiego włókna węglowego

Jako kluczowy element branży zaawansowanych kompozytów, ultrakrótkie włókno węglowe, dzięki swoim unikalnym właściwościom, wzbudziło szerokie zainteresowanie w wielu dziedzinach przemysłu i technologii. Zapewnia zupełnie nowe rozwiązanie zapewniające wysoką wydajność materiałów, a dogłębne zrozumienie technologii i procesów aplikacji jest niezbędne do napędzania rozwoju powiązanych branż.

Mikrografie elektronowe ultrakrótkich włókien węglowych

Zazwyczaj długość ultrakrótkich włókien węglowych wynosi 0,1 – 5 mm, a ich gęstość jest niska i wynosi 1,7 – 2 g/cm3. Dzięki niskiej gęstości 1,7 – 2,2 g/cm3, wytrzymałości na rozciąganie 3000 – 7000 MPa i modułowi sprężystości 200 – 700 GPa, te doskonałe właściwości mechaniczne stanowią podstawę do jego zastosowania w konstrukcjach nośnych. Ponadto ma doskonałą odporność na wysokie temperatury i może wytrzymać wysokie temperatury przekraczające 2000°C w atmosferze nieutleniającej.

Technologia aplikacji i proces ultrakrótkiego włókna węglowego w przemyśle lotniczym

W przemyśle lotniczym do wzmacniania wykorzystuje się głównie ultrakrótkie włókno węgloweżywicakompozyty matrycowe. Kluczem tej technologii jest równomierne rozproszenie włókna węglowego w matrycy żywicznej. Na przykład zastosowanie technologii dyspersji ultradźwiękowej może skutecznie przerwać zjawisko aglomeracji włókien węglowych, dzięki czemu współczynnik dyspersji osiąga ponad 90%, zapewniając spójność właściwości materiału. Jednocześnie zastosowanie technologii obróbki powierzchni włókien, takiej jak zastosowanieśrodek sprzęgającyleczenie, może sprawićwłókno węglowea siła wiązania na styku żywicy wzrosła o 30% – 50%.

W produkcji skrzydeł samolotów i innych elementów konstrukcyjnych zastosowanie procesu tłoczenia na gorąco. Przede wszystkim ultrakrótkie włókno węglowe i żywica zmieszane z pewną proporcją prepregu, ułożone warstwowo w zbiorniku prasy gorącej. Następnie jest utwardzany i formowany w temperaturze 120 – 180°C i pod ciśnieniem 0,5 – 1,5 MPa. Proces ten może skutecznie usunąć pęcherzyki powietrza w materiale kompozytowym, aby zapewnić gęstość i wysoką wydajność produktów.

Technologia i procesy zastosowania ultrakrótkiego włókna węglowego w przemyśle motoryzacyjnym

Podczas nakładania ultrakrótkiego włókna węglowego na części samochodowe skupia się na poprawie jego kompatybilności z materiałem bazowym. Dodając specyficzne kompatybilizatory, przyczepność międzyfazową pomiędzy włóknami węglowymi a materiałami podstawowymi (nppolipropylenitp.) można zwiększyć o około 40%. Jednocześnie, aby poprawić jego działanie w złożonych środowiskach naprężeń, zastosowano technologię projektowania orientacji włókien w celu dostosowania kierunku ułożenia włókien zgodnie z kierunkiem naprężeń w części.

Proces formowania wtryskowego jest często stosowany w produkcji części, takich jak maski samochodowe. Ultrakrótkie włókna węglowe miesza się z cząstkami tworzywa sztucznego, a następnie wtryskuje do gniazda formy pod wpływem wysokiej temperatury i ciśnienia. Temperatura wtrysku wynosi zazwyczaj 200 – 280℃, ciśnienie wtrysku 50 – 150 MPa. Proces ten umożliwia szybkie formowanie części o skomplikowanych kształtach i zapewnia równomierne rozmieszczenie włókien węglowych w produktach.

Technologia i proces zastosowania ultrakrótkiego włókna węglowego w elektronice

W dziedzinie elektronicznego odprowadzania ciepła kluczowe znaczenie ma wykorzystanie przewodności cieplnej ultrakrótkich włókien węglowych. Optymalizując stopień grafityzacji włókna węglowego, jego przewodność cieplną można zwiększyć do ponad 1000 W/(mK). Tymczasem, aby zapewnić dobry kontakt z elementami elektronicznymi, technologia metalizacji powierzchni, taka jak chemiczne niklowanie, może zmniejszyć opór powierzchniowy włókna węglowego o ponad 80%.

Proces metalurgii proszków można zastosować do produkcji radiatorów procesorów komputerowych. Ultrakrótkie włókno węglowe miesza się z proszkiem metalu (np. proszkiem miedzi) i spieka w wysokiej temperaturze i ciśnieniu. Temperatura spiekania wynosi zazwyczaj 500 – 900°C, a ciśnienie 20 – 50 MPa. Proces ten umożliwia włóknu węglowemu utworzenie dobrego kanału przewodzącego ciepło z metalem i poprawia wydajność rozpraszania ciepła.

Od przemysłu lotniczego, motoryzacyjnego po elektronikę, dzięki ciągłym innowacjom technologii i optymalizacji procesów, bardzo krótkowłókno węglowezabłyśnie w większej liczbie dziedzin, wnosząc potężniejszą siłę do nowoczesnej nauki i technologii oraz rozwoju przemysłowego.