Uporaba ultra kratkih ogljikovih vlaken

Kot ključni člen na področju naprednih kompozitov so ultrakratka ogljikova vlakna s svojimi edinstvenimi lastnostmi sprožila široko pozornost na številnih industrijskih in tehnoloških področjih. Zagotavlja popolnoma novo rešitev za visoko zmogljivost materialov, poglobljeno razumevanje aplikacijskih tehnologij in procesov pa je bistvenega pomena za spodbujanje razvoja povezanih industrij.

Elektronske mikrografije ultrakratkih ogljikovih vlaken

Običajno je dolžina ultrakratkih ogljikovih vlaken med 0,1 – 5 mm, njihova gostota pa je nizka pri 1,7 – 2 g/cm³. Z nizko gostoto 1,7 – 2,2 g/cm³, natezno trdnostjo 3000 – 7000 MPa in modulom elastičnosti 200 – 700 GPa so te odlične mehanske lastnosti osnova za njegovo uporabo v nosilnih konstrukcijah. Poleg tega ima odlično odpornost na visoke temperature in lahko prenese visoke temperature nad 2000 °C v neoksidirajoči atmosferi.

Tehnologija uporabe in postopek ultrakratkih ogljikovih vlaken na področju letalstva

Na področju letalstva se za ojačitev uporabljajo predvsem ultra kratka ogljikova vlaknasmolamatrični kompoziti. Ključ tehnologije je, da se ogljikova vlakna enakomerno razpršijo v smolni matrici. Na primer, uporaba tehnologije ultrazvočne disperzije lahko učinkovito prekine pojav aglomeracije ogljikovih vlaken, tako da koeficient disperzije doseže več kot 90 %, kar zagotavlja doslednost lastnosti materiala. Hkrati je uporaba tehnologije površinske obdelave vlaken, kot je uporabasredstvo za spajanjezdravljenje, lahko narediogljikovih vlakenmoč vezi s smolo pa se je povečala za 30 % – 50 %.

Pri izdelavi letalskih kril in drugih strukturnih komponent se uporablja postopek vročega stiskanja. Prvič, ultra kratka ogljikova vlakna in smola, pomešana z določenim deležem preprega, naložena v posodo za vročo stiskalnico. Nato se strdi in oblikuje pri temperaturi 120 – 180 °C in tlaku 0,5 – 1,5 MPa. Ta postopek lahko učinkovito izprazni zračne mehurčke v kompozitnem materialu, da se zagotovi gostota in visoka učinkovitost izdelkov.

Tehnologija in procesi za uporabo ultra kratkih ogljikovih vlaken v avtomobilski industriji

Pri nanašanju ultrakratkih ogljikovih vlaken na avtomobilske dele je poudarek na izboljšanju njihove združljivosti z osnovnim materialom. Z dodajanjem posebnih kompatibilizatorjev se medfazna adhezija med ogljikovimi vlakni in osnovnimi materiali (nprpolipropilen, itd.) se lahko poveča za približno 40 %. Hkrati se za izboljšanje njegove učinkovitosti v kompleksnih stresnih okoljih uporablja tehnologija načrtovanja orientacije vlaken za prilagoditev smeri poravnave vlaken glede na smer napetosti na delu.

Postopek brizganja se pogosto uporablja pri izdelavi delov, kot so avtomobilski pokrovi. Ultra kratka ogljikova vlakna se pomešajo s plastičnimi delci in nato z visoko temperaturo in pritiskom vbrizgajo v votlino kalupa. Temperatura vbrizgavanja je običajno 200–280 ℃, tlak vbrizgavanja je 50–150 MPa. Ta postopek lahko uresniči hitro oblikovanje delov kompleksne oblike in lahko zagotovi enakomerno porazdelitev ogljikovih vlaken v izdelkih.

Tehnologija in postopek uporabe ultrakratkih ogljikovih vlaken na področju elektronike

Na področju elektronskega odvajanja toplote je ključna izraba toplotne prevodnosti ultrakratkih ogljikovih vlaken. Z optimizacijo stopnje grafitizacije ogljikovih vlaken se lahko njihova toplotna prevodnost poveča na več kot 1000 W/(mK). Da bi zagotovili dober stik z elektronskimi komponentami, lahko tehnologija površinske metalizacije, kot je kemično nikljanje, zmanjša površinsko odpornost ogljikovih vlaken za več kot 80 %.

Proces praškaste metalurgije se lahko uporablja pri izdelavi hladilnikov računalniških procesorjev. Ultra kratka ogljikova vlakna se zmešajo s kovinskim prahom (npr. bakrovim prahom) ter sintrajo pod visoko temperaturo in pritiskom. Temperatura sintranja je običajno 500 – 900 °C, tlak pa 20 – 50 MPa. Ta postopek omogoča, da ogljikova vlakna tvorijo dober kanal za toplotno prevodnost s kovino in izboljša učinkovitost odvajanja toplote.

Od letalske in avtomobilske industrije do elektronike, z nenehnimi inovacijami tehnologije in optimizacijo procesov, ultra-kratkiogljikovih vlakenbo zasijala na več področjih in vlila močnejšo moč za sodobno znanost in tehnologijo ter industrijski razvoj.