Будучи ключевым представителем области передовых композитов, ультракороткое углеродное волокно с его уникальными свойствами привлекло широкое внимание во многих областях промышленности и технологий. Он обеспечивает совершенно новое решение для обеспечения высоких характеристик материалов, а глубокое понимание технологий и процессов его применения имеет важное значение для развития смежных отраслей.
Электронные микрофотографии ультракоротких углеродных волокон.
Обычно длина ультракоротких углеродных волокон составляет 0,1–5 мм, а их плотность невелика – 1,7–2 г/см³. Благодаря низкой плотности 1,7–2,2 г/см³, прочности на разрыв 3000–7000 МПа и модулю упругости 200–700 ГПа эти превосходные механические свойства составляют основу для его использования в несущих конструкциях. Кроме того, он обладает превосходной устойчивостью к высоким температурам и может выдерживать высокие температуры свыше 2000°C в неокисляющей атмосфере.
Технология и процесс применения сверхкороткого углеродного волокна в аэрокосмической области
В аэрокосмической области ультракороткое углеродное волокно в основном используется для армирования.смоламатричные композиты. Суть технологии заключается в том, чтобы углеродное волокно было равномерно распределено в матрице смолы. Например, использование технологии ультразвуковой дисперсии может эффективно разрушить явление агломерации углеродного волокна, так что коэффициент дисперсии достигает более 90%, обеспечивая постоянство свойств материала. В то же время, использование технологии обработки поверхности волокна, такой как использованиесвязующий агентлечение, может сделатьуглеродное волокноа прочность сцепления с поверхностью раздела смолы увеличилась на 30–50%.
При производстве крыльев самолетов и других конструктивных элементов используется процесс горячего прессования. Прежде всего, ультракороткое углеродное волокно и смола, смешанные с определенной пропорцией препрега, наслаиваются в резервуар горячего прессования. Затем его отверждают и формуют при температуре 120–180°С и давлении 0,5–1,5 МПа. Этот процесс позволяет эффективно удалять пузырьки воздуха из композитного материала, обеспечивая плотность и высокие характеристики продукции.
Технология и процессы применения сверхкороткого углеродного волокна в автомобильной промышленности
При применении ультракороткого углеродного волокна в автомобильных деталях основное внимание уделяется улучшению его совместимости с основным материалом. За счет добавления специальных добавок, улучшающих совместимость, межфазная адгезия между углеродными волокнами и базовыми материалами (например,полипропилени т. д.) можно увеличить примерно на 40%. В то же время, чтобы улучшить его характеристики в условиях сложных напряжений, используется технология проектирования ориентации волокон, позволяющая регулировать направление выравнивания волокон в соответствии с направлением напряжения на детали.
Процесс литья под давлением часто используется при производстве таких деталей, как автомобильные капоты. Ультракороткие углеродные волокна смешиваются с пластиковыми частицами, а затем впрыскиваются в полость формы под воздействием высокой температуры и давления. Температура впрыска обычно составляет 200–280 ℃, давление впрыска 50–150 МПа. Этот процесс позволяет реализовать быстрое формование деталей сложной формы и обеспечить равномерное распределение углеродных волокон в изделиях.
Технология и процесс применения сверхкоротких углеродных волокон в области электроники
В области электронного отвода тепла ключевым моментом является использование теплопроводности ультракоротких углеродных волокон. За счет оптимизации степени графитизации углеродного волокна его теплопроводность можно увеличить до более чем 1000 Вт/(мК). Между тем, чтобы обеспечить хороший контакт с электронными компонентами, технология металлизации поверхности, такая как химическое никелирование, может снизить поверхностное сопротивление углеродного волокна более чем на 80%.
Процесс порошковой металлургии можно использовать при изготовлении радиаторов процессоров компьютеров. Ультракороткое углеродное волокно смешивается с металлическим порошком (например, медным порошком) и спекается при высокой температуре и давлении. Температура спекания обычно составляет 500–900°С, давление 20–50 МПа. Этот процесс позволяет углеродному волокну образовывать хороший канал теплопроводности с металлом и повышает эффективность рассеивания тепла.
От аэрокосмической промышленности до автомобильной промышленности и электроники, благодаря постоянным инновациям в области технологий и оптимизации процессов, сверхкороткиеуглеродное волокнобудет блистать в большем количестве областей, придавая более мощную силу современной науке, технологиям и промышленному развитию.
Время публикации: 20 декабря 2024 г.