Aplikace ultrakrátkých uhlíkových vláken

Jako klíčový člen v oblasti pokročilých kompozitů si ultrakrátká uhlíková vlákna se svými jedinečnými vlastnostmi získala širokou pozornost v mnoha průmyslových a technologických oblastech. Poskytují zcela nové řešení pro vysoce výkonné materiály a hluboké pochopení jejich aplikačních technologií a procesů je nezbytné pro rozvoj souvisejících odvětví.

Elektronové mikrofotografie ultrakrátkých uhlíkových vláken

Délka ultrakrátkých uhlíkových vláken se obvykle pohybuje mezi 0,1–5 mm a jejich hustota je nízká, 1,7–2 g/cm³. Díky nízké hustotě 1,7–2,2 g/cm³, pevnosti v tahu 3000–7000 MPa a modulu pružnosti 200–700 GPa tvoří tyto vynikající mechanické vlastnosti základ pro jejich použití v nosných konstrukcích. Kromě toho mají vynikající odolnost vůči vysokým teplotám a odolávají vysokým teplotám přes 2000 °C v neoxidační atmosféře.

Aplikační technologie a proces ultrakrátkých uhlíkových vláken v leteckém průmyslu

V leteckém průmyslu se ultrakrátká uhlíková vlákna používají hlavně k vyztuženípryskyřicematicové kompozity. Klíčem této technologie je rovnoměrné rozptýlení uhlíkových vláken v pryskyřičné matrici. Například použití technologie ultrazvukové disperze může účinně narušit jev aglomerace uhlíkových vláken, takže disperzní koeficient dosáhne více než 90 %, což zajišťuje konzistenci vlastností materiálu. Zároveň použití technologie povrchové úpravy vláken, jako je použitíspojovací činidloléčba, může způsobituhlíkové vláknoa pevnost spoje na rozhraní pryskyřice se zvýšila o 30 % – 50 %.

Při výrobě křídel letadel a dalších konstrukčních prvků se používá proces lisování za tepla. Nejprve se ultrakrátká uhlíková vlákna a pryskyřice smíchané s určitým poměrem prepregu vrství do lisovací nádrže. Poté se vytvrzuje a lisuje při teplotě 120–180 °C a tlaku 0,5–1,5 MPa. Tento proces dokáže účinně uvolnit vzduchové bubliny z kompozitního materiálu, čímž se zajistí hustota a vysoký výkon výrobků.

Technologie a postupy pro aplikaci ultrakrátkých uhlíkových vláken v automobilovém průmyslu

Při aplikaci ultrakrátkých uhlíkových vláken na automobilové díly se klade důraz na zlepšení jejich kompatibility se základním materiálem. Přidáním specifických kompatibilizátorů se zvyšuje mezifázová adheze mezi uhlíkovými vlákny a základními materiály (např.polypropylenatd.) lze zvýšit přibližně o 40 %. Zároveň se za účelem zlepšení výkonu v prostředí s komplexním namáháním používá technologie návrhu orientace vláken k úpravě směru uspořádání vláken podle směru namáhání na součásti.

Proces vstřikování plastů se často používá při výrobě dílů, jako jsou například kapoty automobilů. Ultrakrátká uhlíková vlákna se smíchají s plastovými částicemi a poté se vstřikují do dutiny formy za vysoké teploty a tlaku. Teplota vstřikování je obvykle 200–280 °C, vstřikovací tlak je 50–150 MPa. Tento proces umožňuje rychlé vstřikování složitých tvarových dílů a zajišťuje rovnoměrné rozložení uhlíkových vláken ve výrobcích.

Technologie a proces aplikace ultrakrátkých uhlíkových vláken v oblasti elektroniky

V oblasti odvodu tepla v elektronice je klíčové využití tepelné vodivosti ultrakrátkých uhlíkových vláken. Optimalizací stupně grafitizace uhlíkových vláken lze jejich tepelnou vodivost zvýšit na více než 1000 W/(mK). Pro zajištění dobrého kontaktu s elektronickými součástkami může technologie povrchové metalizace, jako je chemické niklování, snížit povrchový odpor uhlíkových vláken o více než 80 %.

Proces práškové metalurgie lze použít při výrobě chladičů počítačových procesorů. Ultrakrátká uhlíková vlákna se smíchají s kovovým práškem (např. měděným práškem) a spékají se za vysoké teploty a tlaku. Teplota spékání je obvykle 500–900 °C a tlak 20–50 MPa. Tento proces umožňuje uhlíkovým vláknům vytvořit s kovem dobrý kanál pro vedení tepla a zlepšuje účinnost odvodu tepla.

Od leteckého průmyslu přes automobilový až po elektroniku, s neustálou inovací technologií a optimalizací procesů, ultrakrátkéuhlíkové vláknobude zářit ve více oblastech a vnese silnější energii do moderní vědy, techniky a průmyslového rozvoje.