Anwendung von ultrakurzen Kohlenstofffasern

Als Schlüsselkomponente im Bereich fortschrittlicher Verbundwerkstoffe hat die ultrakurze Kohlenstofffaser mit ihren einzigartigen Eigenschaften in vielen Industrie- und Technologiebereichen große Aufmerksamkeit erregt. Sie bietet eine völlig neue Lösung für Hochleistungsmaterialien, und ein tiefes Verständnis ihrer Anwendungstechnologien und -prozesse ist für die Entwicklung verwandter Branchen unerlässlich.

Elektronenmikroskopische Aufnahmen von ultrakurzen Kohlenstofffasern

Ultrakurze Kohlenstofffasern haben typischerweise eine Länge von 0,1 bis 5 mm und eine geringe Dichte von 1,7 bis 2 g/cm³. Mit einer geringen 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 verfügen sie über eine ausgezeichnete Temperaturbeständigkeit und können in einer nichtoxidierenden Atmosphäre hohen Temperaturen von über 2000 °C standhalten.

Anwendungstechnologie und -prozess von ultrakurzen Kohlenstofffasern im Luft- und Raumfahrtbereich

In der Luft- und Raumfahrt werden ultrakurze Kohlenstofffasern vor allem zur Verstärkung vonHarzMatrix-Verbundwerkstoffe. Der Schlüssel dieser Technologie liegt in der gleichmäßigen Verteilung der Kohlenstofffasern in der Harzmatrix. Beispielsweise kann der Einsatz von Ultraschall-Dispersionstechnologie das Phänomen der Kohlenstofffaser-Agglomeration effektiv unterbinden, sodass der Dispersionskoeffizient über 90 % liegt und die Konsistenz der Materialeigenschaften gewährleistet ist. Gleichzeitig ermöglicht der Einsatz von Faseroberflächenbehandlungstechnologien, wie z. B.HaftvermittlerBehandlung, kann dieKohlefaserund die Haftfestigkeit der Harzgrenzfläche wurde um 30–50 % erhöht.

Bei der Herstellung von Flugzeugflügeln und anderen Strukturkomponenten kommt das Heißpressverfahren zum Einsatz. Zunächst werden ultrakurze Carbonfasern und Harz, gemischt mit einem bestimmten Anteil Prepreg, in den Heißpressbehälter eingelegt. Anschließend wird es bei einer Temperatur von 120–180 °C und einem Druck von 0,5–1,5 MPa ausgehärtet und geformt. Durch dieses Verfahren werden Luftblasen im Verbundwerkstoff effektiv entfernt, um die Dichte und hohe Leistung der Produkte zu gewährleisten.

Technologie und Prozesse für die Anwendung ultrakurzer Carbonfasern in der Automobilindustrie

Bei der Anwendung ultrakurzer Carbonfasern in Automobilteilen liegt der Fokus auf der Verbesserung der Kompatibilität mit dem Grundmaterial. Durch die Zugabe spezifischer Kompatibilisatoren wird die Grenzflächenhaftung zwischen Carbonfasern und Grundmaterialien (z. B.Polypropylen, usw.) kann um etwa 40 % erhöht werden. Gleichzeitig wird zur Verbesserung der Leistung in komplexen Spannungsumgebungen die Faserorientierungsdesigntechnologie verwendet, um die Richtung der Faserausrichtung entsprechend der Spannungsrichtung des Teils anzupassen.

Das Spritzgussverfahren wird häufig bei der Herstellung von Teilen wie Motorhauben eingesetzt. Ultrakurze Kohlenstofffasern werden mit Kunststoffpartikeln vermischt und anschließend unter hoher Temperatur und hohem Druck in die Form gespritzt. Die Einspritztemperatur beträgt in der Regel 200–280 °C, der Einspritzdruck 50–150 MPa. Dieses Verfahren ermöglicht die schnelle Formgebung komplexer Formteile und gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung der Kohlenstofffasern in den Produkten.

Technologie und Prozess der Anwendung ultrakurzer Kohlefasern im Elektronikbereich

Im Bereich der elektronischen Wärmeableitung ist die Nutzung der Wärmeleitfähigkeit ultrakurzer Kohlenstofffasern entscheidend. Durch Optimierung des Graphitisierungsgrades der Kohlenstofffasern kann deren Wärmeleitfähigkeit auf über 1000 W/(mK) gesteigert werden. Um einen guten Kontakt mit elektronischen Bauteilen zu gewährleisten, kann eine Oberflächenmetallisierung, beispielsweise durch chemische Vernickelung, den Oberflächenwiderstand der Kohlenstofffasern um mehr als 80 % reduzieren.

Pulvermetallurgische Verfahren können zur Herstellung von CPU-Kühlkörpern für Computer eingesetzt werden. Ultrakurze Kohlenstofffasern werden mit Metallpulver (z. B. Kupferpulver) vermischt und unter hoher Temperatur und hohem Druck gesintert. Die Sintertemperatur liegt üblicherweise bei 500–900 °C und der Druck bei 20–50 MPa. Dieses Verfahren ermöglicht es den Kohlenstofffasern, mit dem Metall einen guten Wärmeleitkanal zu bilden und die Wärmeableitungseffizienz zu verbessern.

Von der Luft- und Raumfahrt über die Automobilindustrie bis hin zur Elektronik, mit der kontinuierlichen Innovation von Technologie und Prozessoptimierung, ultrakurzeKohlefaserwird in mehr Bereichen glänzen und der modernen Wissenschaft und Technologie sowie der industriellen Entwicklung noch mehr Kraft verleihen.