Zastosowanie ultrakrótkiego włókna węglowego

Jako kluczowy członek zaawansowanego pola kompozytów, ultrakrótkie włókno węglowe, ze swoimi unikalnymi właściwościami, wzbudziło powszechną uwagę w wielu dziedzinach przemysłowych i technologicznych. Zapewnia zupełnie nowe rozwiązanie dla wysokiej wydajności materiałów, a dogłębne zrozumienie technologii i procesów jego zastosowania jest niezbędne do napędzania rozwoju powiązanych branż.

Mikrofotografie elektronowe ultrakrótkich włókien węglowych

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

Technologia i proces zastosowania ultrakrótkiego włókna węglowego w przemyśle lotniczym

W przemyśle lotniczym i kosmicznym ultrakrótkie włókna węglowe są stosowane głównie do wzmacnianiażywicakompozyty matrycowe. Kluczem tej technologii jest równomierne rozproszenie włókna węglowego w matrycy żywicznej. Na przykład, przyjęcie technologii dyspersji ultradźwiękowej może skutecznie przerwać zjawisko aglomeracji włókien węglowych, tak aby współczynnik dyspersji osiągnął ponad 90%, zapewniając spójność właściwości materiału. Jednocześnie, zastosowanie technologii obróbki powierzchni włókien, takiej jak użycieśrodek sprzęgającyleczenie może sprawić,włókno węglowea wytrzymałość połączenia żywicy wzrosła o 30% – 50%.

W produkcji skrzydeł samolotów i innych elementów konstrukcyjnych, zastosowanie procesu prasowania na gorąco. Przede wszystkim, ultrakrótkie włókno węglowe i żywica zmieszane z pewną proporcją prepregu, warstwowo umieszczane w zbiorniku prasowania na gorąco. Następnie jest utwardzane i formowane w temperaturze 120 – 180°C i ciśnieniu 0,5 – 1,5 MPa. Proces ten może skutecznie odprowadzać pęcherzyki powietrza w materiale kompozytowym, aby zapewnić gęstość i wysoką wydajność produktów.

Technologia i procesy aplikacji ultrakrótkich włókien węglowych w przemyśle motoryzacyjnym

Podczas stosowania ultrakrótkiego włókna węglowego do części samochodowych, nacisk kładzie się na poprawę jego kompatybilności z materiałem bazowym. Poprzez dodanie określonych kompatybilizatorów, przyczepność międzyfazowa między włóknami węglowymi a materiałami bazowymi (np.polipropylen, itd.) można zwiększyć o około 40%. Jednocześnie, w celu zwiększenia wydajności w środowiskach o złożonych naprężeniach, stosuje się technologię projektowania orientacji włókien, która pozwala na dostosowanie kierunku ułożenia włókien w zależności od kierunku naprężeń w danej części.

Proces formowania wtryskowego jest często stosowany w produkcji części, takich jak maski samochodowe. Ultrakrótkie włókna węglowe są mieszane z cząsteczkami plastiku, a następnie wtryskiwane do wnęki formy za pomocą wysokiej temperatury i ciśnienia. Temperatura wtrysku wynosi zazwyczaj 200–280 ℃, a ciśnienie wtrysku 50–150 MPa. Proces ten umożliwia szybkie formowanie części o złożonych kształtach i zapewnia równomierne rozłożenie włókien węglowych w produktach.

Technologia i proces zastosowania ultrakrótkich włókien węglowych w elektronice

W dziedzinie elektronicznego rozpraszania ciepła kluczowe jest wykorzystanie przewodnictwa cieplnego ultrakrótkich włókien węglowych. Optymalizując stopień grafityzacji włókna węglowego, jego przewodnictwo cieplne można zwiększyć do ponad 1000 W/(mK). Tymczasem, aby zapewnić dobry kontakt z elementami elektronicznymi, technologia metalizacji powierzchni, taka jak chemiczne niklowanie, może zmniejszyć rezystancję powierzchniową włókna węglowego o ponad 80%.

Proces metalurgii proszków może być stosowany w produkcji radiatorów procesorów komputerowych. Ultrakrótkie włókno węglowe jest mieszane z proszkiem metalu (np. proszkiem miedzi) i spiekane 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 przewodzenia ciepła z metalem i poprawia wydajność rozpraszania ciepła.

Od przemysłu lotniczego i kosmicznego po motoryzacyjny i elektroniczny, dzięki ciągłej innowacji technologii i optymalizacji procesów, ultrakrótkiewłókno węglowezabłyśnie w większej liczbie dziedzin, wnosząc większą moc do współczesnej nauki, technologii i rozwoju przemysłu.