Като ключов член в областта на съвременните композитни материали, ултракъсите въглеродни влакна, със своите уникални свойства, са привлекли широко внимание в много индустриални и технологични области. Те предоставят съвсем ново решение за високоефективни материали, а задълбоченото разбиране на технологиите и процесите на тяхното приложение е от съществено значение за стимулиране на развитието на свързаните с тях индустрии.
Електронни микрографии на ултракъси въглеродни влакна
Обикновено дължината на ултракъсите въглеродни влакна е между 0,1 – 5 мм, а плътността им е ниска – 1,7 – 2 г/см³. С ниска плътност от 1,7 – 2,2 г/см³, якост на опън от 3000 – 7000 MPa и модул на еластичност от 200 – 700 GPa, тези отлични механични свойства формират основата за използването им в носещи конструкции. Освен това, те имат отлична устойчивост на високи температури и могат да издържат на високи температури над 2000°C в неокислителна атмосфера.
Технология и процес на приложение на ултракъси въглеродни влакна в аерокосмическата област
В аерокосмическата област ултракъсите въглеродни влакна се използват главно за подсилванесмоламатрични композити. Ключът към технологията е въглеродните влакна да бъдат равномерно диспергирани в смолната матрица. Например, прилагането на ултразвукова дисперсионна технология може ефективно да прекъсне феномена на агломерация на въглеродните влакна, така че коефициентът на дисперсия да достигне повече от 90%, осигурявайки постоянство на свойствата на материала. В същото време, използването на технология за обработка на повърхността на влакната, като например използването насвързващ агентлечение, може да направивъглеродни влакнаи якостта на свързване на смолния интерфейс се е увеличила с 30% – 50%.
При производството на крила на самолети и други структурни компоненти се използва процес на горещо пресоване. Първо, ултракъсите въглеродни влакна и смолата се смесват с определено съотношение препрег и се нанасят на пластове в резервоара за горещо пресоване. След това се втвърдяват и формоват при температура 120 – 180°C и налягане 0,5 – 1,5 MPa. Този процес може ефективно да освободи въздушните мехурчета в композитния материал, за да се гарантира плътността и високата производителност на продукта.
Технологии и процеси за приложение на ултракъси въглеродни влакна в автомобилната индустрия
При прилагането на ултракъси въглеродни влакна върху автомобилни части, фокусът е върху подобряването на тяхната съвместимост с основния материал. Чрез добавяне на специфични съвместимости, междуфазовата адхезия между въглеродните влакна и основните материали (напр.полипропилени др.) може да се увеличи с около 40%. В същото време, за да се подобри производителността му в сложни напрегнати среди, се използва технология за проектиране с ориентация на влакната, за да се регулира посоката на подравняване на влакната според посоката на напрежението върху детайла.
Процесът на шприцване често се използва при производството на части като автомобилни капаци. Ултракъсите въглеродни влакна се смесват с пластмасови частици и след това се инжектират в кухината на матрицата чрез висока температура и налягане. Температурата на инжектиране обикновено е 200 – 280 ℃, а налягането на инжектиране е 50 – 150 MPa. Този процес може да осъществи бързо формоване на сложни по форма части и да осигури равномерно разпределение на въглеродните влакна в продуктите.
Технология и процес на приложение на ултракъси въглеродни влакна в областта на електрониката
В областта на електронното разсейване на топлината, използването на топлопроводимостта на ултракъсите въглеродни влакна е ключово. Чрез оптимизиране на степента на графитизация на въглеродните влакна, тяхната топлопроводимост може да се увеличи до над 1000 W/(mK). В същото време, за да се осигури добър контакт с електронните компоненти, технологията за повърхностна метализация, като например химическо никелиране, може да намали повърхностното съпротивление на въглеродните влакна с повече от 80%.
Процесът на прахова металургия може да се използва при производството на радиатори за компютърни процесори. Ултракъсите въглеродни влакна се смесват с метален прах (например меден прах) и се синтероват под висока температура и налягане. Температурата на синтероване обикновено е 500 – 900°C, а налягането е 20 – 50 MPa. Този процес позволява на въглеродните влакна да образуват добър канал за топлопроводимост с метала и подобрява ефективността на разсейване на топлината.
От аерокосмическата до автомобилната индустрия и електрониката, с непрекъснатите иновации в технологиите и оптимизацията на процесите, ултракъсите...въглеродни влакнаще блесне в повече области, вливайки по-мощна сила за съвременната наука и технологии и индустриалното развитие.
Време на публикуване: 20 декември 2024 г.