Застосування надкороткого вуглецевого волокна

Як ключовий член галузі передових композитів, надкоротке вуглецеве волокно зі своїми унікальними властивостями привернуло широку увагу в багатьох промислових та технологічних галузях. Воно пропонує абсолютно нове рішення для високоефективних матеріалів, і глибоке розуміння технологій та процесів його застосування є важливим для стимулювання розвитку суміжних галузей.

Електронні мікрофотографії ультракоротких вуглецевих волокон

Зазвичай довжина надкоротких вуглецевих волокон становить від 0,1 до 5 мм, а їхня щільність низька – 1,7–2 г/см³. Завдяки низькій щільності 1,7–2,2 г/см³, міцності на розрив 3000–7000 МПа та модулю пружності 200–700 ГПа, ці чудові механічні властивості є основою для їх використання в несучих конструкціях. Крім того, вони мають чудову стійкість до високих температур і можуть витримувати високі температури понад 2000°C у неокислювальній атмосфері.

Технологія та процес застосування надкороткого вуглецевого волокна в аерокосмічній галузі

В аерокосмічній галузі надкоротке вуглецеве волокно в основному використовується для армуваннясмоламатричні композити. Ключем до цієї технології є рівномірне розподілення вуглецевого волокна в матриці смоли. Наприклад, використання технології ультразвукового диспергування може ефективно порушити явище агломерації вуглецевого волокна, завдяки чому коефіцієнт дисперсії досягає понад 90%, забезпечуючи стабільність властивостей матеріалу. Водночас, використання технології обробки поверхні волокна, такої як використаннясполучний агентлікування, може зробитивуглецеве волокноа міцність зчеплення між смолою та міжфазним шаром збільшилася на 30% – 50%.

У виробництві крил літаків та інших конструкційних компонентів використовується процес гарячого пресування. Спочатку надкоротке вуглецеве волокно та смола, змішані з певною пропорцією препрегу, шарами укладаються в резервуар гарячого пресування. Потім його затвердівають та формують при температурі 120–180°C та тиску 0,5–1,5 МПа. Цей процес дозволяє ефективно видалити бульбашки повітря з композитного матеріалу, забезпечуючи щільність та високі експлуатаційні характеристики виробів.

Технології та процеси застосування надкороткого вуглецевого волокна в автомобільній промисловості

Під час застосування надкороткого вуглецевого волокна до автомобільних деталей основна увага приділяється покращенню його сумісності з основним матеріалом. Додавання спеціальних компатибілізаторів покращує міжфазну адгезію між вуглецевими волокнами та основними матеріалами (наприклад,поліпропілентощо) можна збільшити приблизно на 40%. Водночас, для покращення його роботи в складних напружених середовищах, використовується технологія проектування орієнтації волокон для регулювання напрямку вирівнювання волокон відповідно до напрямку навантаження на деталь.

Процес лиття під тиском часто використовується у виробництві деталей, таких як капоти автомобілів. Ультракороткі вуглецеві волокна змішуються з пластиковими частинками, а потім впорскуються у порожнину форми під дією високої температури та тиску. Температура впорскування зазвичай становить 200–280 ℃, тиск впорскування — 50–150 МПа. Цей процес дозволяє швидко виготовляти деталі складної форми та забезпечити рівномірний розподіл вуглецевого волокна у виробах.

Технологія та процес застосування надкороткого вуглецевого волокна в галузі електроніки

У сфері розсіювання тепла електронікою ключовим є використання теплопровідності надкоротких вуглецевих волокон. Оптимізуючи ступінь графітизації вуглецевого волокна, його теплопровідність можна збільшити до понад 1000 Вт/(мК). Тим часом, для забезпечення його хорошого контакту з електронними компонентами, технологія металізації поверхні, така як хімічне нікелювання, може знизити поверхневий опір вуглецевого волокна більш ніж на 80%.

Процес порошкової металургії може бути використаний у виробництві радіаторів для комп'ютерних процесорів. Ультракоротке вуглецеве волокно змішується з металевим порошком (наприклад, мідним порошком) та спікається під високою температурою та тиском. Температура спікання зазвичай становить 500–900°C, а тиск — 20–50 МПа. Цей процес дозволяє вуглецевому волокну утворювати хороший канал теплопровідності з металом та покращує ефективність розсіювання тепла.

Від аерокосмічної до автомобільної та електроніки, завдяки постійним інноваціям технологій та оптимізації процесів, надкоротківуглецеве волокносяятиме в більшій кількості галузей, надаючи потужнішої енергії сучасній науці, техніці та промисловому розвитку.