Als Schlüsselkomponente im Bereich der Hochleistungswerkstoffe hat die ultrakurze Kohlenstofffaser aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften in vielen Industrie- und Technologiebereichen große Aufmerksamkeit erregt. Sie bietet eine völlig neue Lösung für Hochleistungsmaterialien, und ein tiefgreifendes Verständnis ihrer Anwendungstechnologien und -prozesse ist unerlässlich, um die Entwicklung verwandter Branchen voranzutreiben.
Elektronenmikroskopische Aufnahmen von ultrakurzen Kohlenstofffasern
Typischerweise liegt die Länge ultrakurzer Kohlenstofffasern zwischen 0,1 und 5 mm, und ihre Dichte ist mit 1,7 bis 2 g/cm³ gering. Mit einer niedrigen Dichte von 1,7 bis 2,2 g/cm³, einer Zugfestigkeit von 3000 bis 7000 MPa und einem Elastizitätsmodul von 200 bis 700 GPa bilden diese hervorragenden mechanischen Eigenschaften die Grundlage für ihren Einsatz in tragenden Strukturen. Darüber hinaus weisen sie eine ausgezeichnete Hochtemperaturbeständigkeit auf und halten Temperaturen von über 2000 °C in einer nicht oxidierenden Atmosphäre stand.
Anwendungstechnologie und -verfahren von ultrakurzen Kohlenstofffasern im Luft- und Raumfahrtbereich
Im Luft- und Raumfahrtbereich werden ultrakurze Kohlenstofffasern hauptsächlich zur Verstärkung eingesetzt.HarzMatrix-Verbundwerkstoffe. Der Schlüssel dieser Technologie liegt in der gleichmäßigen Verteilung der Kohlenstofffasern in der Harzmatrix. Beispielsweise kann die Ultraschall-Dispersionstechnologie die Agglomeration der Kohlenstofffasern effektiv verhindern, sodass der Dispersionskoeffizient über 90 % liegt und somit die Gleichmäßigkeit der Materialeigenschaften gewährleistet ist. Gleichzeitig wird die Faseroberflächenbehandlung, wie beispielsweise die Verwendung von …HaftvermittlerDie Behandlung kann dieKohlenstofffaserund die Haftfestigkeit der Harzgrenzfläche erhöhte sich um 30% – 50%.
Bei der Herstellung von Flugzeugflügeln und anderen Strukturbauteilen kommt das Heißpressverfahren zum Einsatz. Zunächst wird ein Prepreg aus ultrakurzen Kohlenstofffasern und Harz in einem bestimmten Verhältnis gemischt und schichtweise in den Heißpressbehälter gegeben. Anschließend erfolgt die Aushärtung und Formgebung bei einer Temperatur von 120–180 °C und einem Druck von 0,5–1,5 MPa. Durch dieses Verfahren werden Luftblasen im Verbundwerkstoff effektiv entfernt, wodurch die Dichte und die hohe Leistungsfähigkeit der Produkte gewährleistet werden.
Technologien und Prozesse für die Anwendung von ultrakurzen Kohlenstofffasern in der Automobilindustrie
Bei der Verwendung ultrakurzer Kohlenstofffasern für Automobilteile liegt der Fokus auf der Verbesserung der Kompatibilität mit dem Basismaterial. Durch die Zugabe spezifischer Kompatibilisatoren wird die Grenzflächenhaftung zwischen Kohlenstofffasern und Basismaterialien (z. B. Kohlenstofffasern) verbessert.Polypropylenusw.) kann um etwa 40 % erhöht werden. Gleichzeitig wird zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit in komplexen Belastungsumgebungen eine Technologie zur Faserorientierung eingesetzt, um die Faserausrichtung an die Belastungsrichtung des Bauteils anzupassen.
Das Spritzgießverfahren wird häufig zur Herstellung von Bauteilen wie Motorhauben eingesetzt. Dabei werden ultrakurze Kohlenstofffasern mit Kunststoffpartikeln vermischt und anschließend unter hohem Druck und hoher Temperatur in den Formhohlraum eingespritzt. Die Einspritztemperatur liegt üblicherweise zwischen 200 und 280 °C, der Einspritzdruck zwischen 50 und 150 MPa. Mit diesem Verfahren lassen sich komplex geformte Teile schnell herstellen und eine gleichmäßige Verteilung der Kohlenstofffasern im Produkt gewährleisten.
Technologie und Verfahren zur Anwendung ultrakurzer Kohlenstofffasern im Elektronikbereich
Im Bereich der elektronischen Wärmeableitung ist die Nutzung der Wärmeleitfähigkeit ultrakurzer Kohlenstofffasern von entscheidender Bedeutung. Durch Optimierung des Graphitisierungsgrades der Kohlenstofffasern lässt sich deren Wärmeleitfähigkeit auf über 1000 W/(mK) steigern. Um einen guten Kontakt mit den elektronischen Bauteilen zu gewährleisten, kann der Oberflächenwiderstand der Kohlenstofffasern durch Oberflächenmetallisierungstechnologien wie die chemische Vernickelung um mehr als 80 % reduziert werden.
Pulvermetallurgie kann zur Herstellung von CPU-Kühlkörpern eingesetzt werden. Dabei werden ultrakurze Kohlenstofffasern mit Metallpulver (z. B. Kupferpulver) vermischt und unter hohem Druck und hoher Temperatur gesintert. Die Sintertemperatur liegt üblicherweise zwischen 500 und 900 °C, der Druck zwischen 20 und 50 MPa. Durch dieses Verfahren bildet die Kohlenstofffaser mit dem Metall einen effizienten Wärmeleitkanal, wodurch die Wärmeableitung verbessert wird.
Von der Luft- und Raumfahrt über die Automobilindustrie bis hin zur Elektronik – dank kontinuierlicher technologischer Innovationen und Prozessoptimierungen werden ultrakurzeKohlenstofffaserwird in mehr Bereichen glänzen und so der modernen Wissenschaft und Technologie sowie der industriellen Entwicklung noch mehr Kraft verleihen.
Veröffentlichungsdatum: 20. Dezember 2024