การใช้คาร์บอนไฟเบอร์แบบสั้นพิเศษ

ในฐานะสมาชิกหลักของสาขาคอมโพสิตขั้นสูง คาร์บอนไฟเบอร์ชนิดสั้นพิเศษซึ่งมีคุณสมบัติเฉพาะตัว ได้กระตุ้นให้เกิดความสนใจอย่างกว้างขวางในสาขาอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีหลายแห่ง โดยมอบโซลูชันใหม่ล่าสุดสำหรับวัสดุประสิทธิภาพสูง และความเข้าใจในเชิงลึกเกี่ยวกับเทคโนโลยีและกระบวนการใช้งานนั้นถือเป็นสิ่งสำคัญในการขับเคลื่อนการพัฒนาอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง

ภาพไมโครกราฟอิเล็กตรอนของเส้นใยคาร์บอนขนาดสั้นเกินขีด

โดยทั่วไปแล้ว ความยาวของเส้นใยคาร์บอนที่สั้นเป็นพิเศษจะอยู่ระหว่าง 0.1 – 5 มม. และความหนาแน่นของเส้นใยจะต่ำที่ 1.7 – 2 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร ด้วยความหนาแน่นต่ำ 1.7 – 2.2 กรัม/ซม.³ ความต้านแรงดึง 3000 – 7000MPa และโมดูลัสความยืดหยุ่น 200 – 700GPa คุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยมเหล่านี้ก่อให้เกิดพื้นฐานสำหรับการใช้งานในโครงสร้างรับน้ำหนัก นอกจากนี้ยังมีความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงได้ดีเยี่ยม และสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงกว่า 2000°C ในบรรยากาศที่ไม่ออกซิไดซ์

เทคโนโลยีการประยุกต์ใช้และกระบวนการของคาร์บอนไฟเบอร์ชนิดสั้นพิเศษในสาขาการบินและอวกาศ

ในด้านการบินและอวกาศ เส้นใยคาร์บอนขนาดสั้นพิเศษส่วนใหญ่จะใช้เพื่อเสริมกำลังเรซินคอมโพสิตเมทริกซ์ กุญแจสำคัญของเทคโนโลยีคือการทำให้คาร์บอนไฟเบอร์กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอในเรซินเมทริกซ์ ตัวอย่างเช่นการนำเทคโนโลยีการกระจายตัวแบบอัลตราโซนิกสามารถทำลายปรากฏการณ์การรวมตัวของคาร์บอนไฟเบอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อให้ค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวสูงถึงมากกว่า 90% ทำให้มั่นใจได้ถึงความสม่ำเสมอของคุณสมบัติของวัสดุ ในเวลาเดียวกัน การใช้เทคโนโลยีการรักษาพื้นผิวไฟเบอร์ เช่นการใช้ตัวแทนการมีเพศสัมพันธ์การบำบัดสามารถทำให้คาร์บอนไฟเบอร์และความแข็งแรงพันธะของส่วนต่อประสานของเรซินเพิ่มขึ้น 30% – 50%

ในการผลิตปีกเครื่องบินและส่วนประกอบโครงสร้างอื่น ๆ การใช้กระบวนการถังอัดร้อน ประการแรก คาร์บอนไฟเบอร์และเรซินที่สั้นเป็นพิเศษผสมกับพรีเพกในสัดส่วนที่กำหนด แล้วเรียงเป็นชั้นในถังรีดร้อน จากนั้นจึงบ่มและขึ้นรูปที่อุณหภูมิ 120 – 180°C และความดัน 0.5 – 1.5MPa กระบวนการนี้สามารถปล่อยฟองอากาศในวัสดุคอมโพสิตได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อให้มั่นใจในความหนาแน่นและประสิทธิภาพสูงของผลิตภัณฑ์

เทคโนโลยีและกระบวนการประยุกต์ใช้คาร์บอนไฟเบอร์ชนิดสั้นพิเศษในอุตสาหกรรมยานยนต์

เมื่อใช้คาร์บอนไฟเบอร์ขนาดสั้นพิเศษกับชิ้นส่วนยานยนต์ จุดเน้นอยู่ที่การปรับปรุงความเข้ากันได้กับวัสดุฐาน โดยการเพิ่มสารเข้ากันได้เฉพาะ การยึดเกาะระหว่างเส้นใยคาร์บอนและวัสดุฐาน (เช่นโพรพิลีนฯลฯ) สามารถเพิ่มขึ้นได้ประมาณ 40% ในเวลาเดียวกัน เพื่อที่จะปรับปรุงประสิทธิภาพในสภาพแวดล้อมที่มีความเครียดที่ซับซ้อน เทคโนโลยีการออกแบบการวางแนวของเส้นใยจึงถูกนำมาใช้เพื่อปรับทิศทางของการวางแนวของเส้นใยตามทิศทางของความเค้นบนชิ้นส่วน

กระบวนการฉีดขึ้นรูปมักใช้ในการผลิตชิ้นส่วน เช่น ฝากระโปรงรถยนต์ เส้นใยคาร์บอนที่สั้นเป็นพิเศษผสมกับอนุภาคพลาสติก จากนั้นจึงฉีดเข้าไปในโพรงแม่พิมพ์ผ่านอุณหภูมิและความดันสูง อุณหภูมิการฉีดโดยทั่วไปคือ 200 – 280 ℃ ความดันการฉีดคือ 50 – 150 MPa กระบวนการนี้ทำให้สามารถขึ้นรูปชิ้นส่วนที่มีรูปร่างซับซ้อนได้อย่างรวดเร็ว และช่วยให้มั่นใจได้ถึงการกระจายตัวของเส้นใยคาร์บอนในผลิตภัณฑ์อย่างสม่ำเสมอ

เทคโนโลยีและกระบวนการประยุกต์ใช้คาร์บอนไฟเบอร์ระยะสั้นพิเศษในสาขาอิเล็กทรอนิกส์

ในด้านการกระจายความร้อนทางอิเล็กทรอนิกส์ การใช้การนำความร้อนของเส้นใยคาร์บอนขนาดสั้นเป็นพิเศษเป็นสิ่งสำคัญ ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพระดับการสร้างกราฟของคาร์บอนไฟเบอร์ จะทำให้ค่าการนำความร้อนเพิ่มขึ้นเป็นมากกว่า 1,000W/(mK) ในขณะเดียวกัน เพื่อให้มั่นใจว่ามีการสัมผัสกับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ได้ดี เทคโนโลยีการทำให้พื้นผิวเป็นโลหะ เช่น การชุบนิกเกิลด้วยสารเคมี สามารถลดความต้านทานพื้นผิวของคาร์บอนไฟเบอร์ได้มากกว่า 80%

กระบวนการโลหะผสมผงสามารถใช้ในการผลิตฮีทซิงค์ CPU ของคอมพิวเตอร์ คาร์บอนไฟเบอร์ที่สั้นเป็นพิเศษผสมกับผงโลหะ (เช่น ผงทองแดง) และเผาภายใต้อุณหภูมิและความดันสูง อุณหภูมิการเผาผนึกโดยทั่วไปอยู่ที่ 500 – 900°C และความดันอยู่ที่ 20 – 50 MPa กระบวนการนี้ช่วยให้คาร์บอนไฟเบอร์สร้างช่องนำความร้อนที่ดีกับโลหะและเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายความร้อน

ตั้งแต่การบินและอวกาศไปจนถึงอุตสาหกรรมยานยนต์ไปจนถึงอิเล็กทรอนิกส์ ด้วยนวัตกรรมอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีและการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการในระยะเวลาอันสั้นเป็นพิเศษคาร์บอนไฟเบอร์จะโดดเด่นในสาขาต่างๆ มากขึ้น โดยอัดฉีดพลังอันทรงพลังมากขึ้นให้กับวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่ และการพัฒนาอุตสาหกรรม