Zastosowanie ultrakrótkiego włókna węglowego

Jako kluczowy element w dziedzinie zaawansowanych kompozytów, ultrakrótkie włókno węglowe, dzięki swoim unikalnym właściwościom, wzbudziło szerokie zainteresowanie w wielu dziedzinach przemysłu i technologii. Stanowi ono zupełnie nowe rozwiązanie w zakresie wysokiej jakości materiałów, a dogłębne zrozumienie technologii i procesów jego zastosowania jest niezbędne do napędzania rozwoju powiązanych branż.

Mikrofotografie elektronowe ultrakrótkich włókien węglowych

Długość ultrakrótkich włókien węglowych wynosi zazwyczaj od 0,1 do 5 mm, a ich gęstość jest niska i wynosi 1,7–2 g/cm³. Przy niskiej gęstości 1,7–2,2 g/cm³, wytrzymałości na rozciąganie 3000–7000 MPa i module sprężystości 200–700 GPa, te doskonałe właściwości mechaniczne stanowią podstawę ich zastosowania w konstrukcjach nośnych. Ponadto charakteryzują się one doskonałą odpornością na wysokie temperatury i mogą wytrzymywać temperatury przekraczające 2000°C w atmosferze nieutleniającej.

Technologia i proces zastosowania ultrakrótkich włókien węglowych w przemyśle lotniczym i kosmicznym

W przemyśle lotniczym i kosmicznym ultrakrótkie włókna węglowe są stosowane głównie do wzmacnianiażywicaKompozyty matrycowe. Kluczem do tej technologii jest równomierne rozproszenie włókna węglowego w matrycy żywicznej. Przykładowo, zastosowanie technologii dyspersji ultradźwiękowej może skutecznie przerwać zjawisko aglomeracji włókien węglowych, dzięki czemu współczynnik dyspersji osiąga ponad 90%, zapewniając spójność właściwości materiału. Jednocześnie, zastosowanie technologii obróbki powierzchni włókien, takiej jak…środek sprzęgającyleczenie może sprawić,włókno węglowea wytrzymałość połączenia żywicy wzrosła o 30% – 50%.

W produkcji skrzydeł samolotów i innych elementów konstrukcyjnych stosuje się proces prasowania na gorąco. Najpierw ultrakrótkie włókno węglowe i żywica zmieszane z odpowiednią ilością prepregu, są warstwowo umieszczane w zbiorniku prasowania na gorąco. Następnie utwardzane i formowane w temperaturze 120–180°C i ciśnieniu 0,5–1,5 MPa. Proces ten pozwala skutecznie usunąć pęcherzyki powietrza z materiału kompozytowego, zapewniając odpowiednią gęstość i wysoką wydajność produktów.

Technologia i procesy zastosowania ultrakrótkich włókien węglowych w przemyśle motoryzacyjnym

Podczas stosowania ultrakrótkich włókien węglowych w częściach samochodowych, nacisk kładzie się na poprawę ich kompatybilności z materiałem bazowym. Poprzez dodanie specjalnych kompatybilizatorów, przyczepność między włóknami węglowymi a materiałami bazowymi (np.polipropylen, itd.) można zwiększyć o około 40%. Jednocześnie, aby poprawić wydajność w złożonych środowiskach naprężeń, stosuje się technologię projektowania orientacji włókien, która pozwala dostosować kierunek ułożenia włókien do kierunku naprężeń działających na część.

Proces formowania wtryskowego jest często stosowany w produkcji części, takich jak maski samochodowe. Ultrakrótkie włókna węglowe są mieszane z cząsteczkami tworzywa sztucznego, a następnie wtryskiwane do gniazda formy pod wpływem wysokiej temperatury i ciśnienia. Temperatura wtrysku wynosi zazwyczaj 200–280°C, a ciśnienie wtrysku 50–150 MPa. Proces ten umożliwia szybkie formowanie elementów o złożonych kształtach i zapewnia równomierne rozmieszczenie włókien węglowych w produktach.

Technologia i proces stosowania ultrakrótkich włókien węglowych w elektronice

W dziedzinie odprowadzania ciepła w elektronice kluczowe znaczenie ma wykorzystanie przewodnictwa cieplnego ultrakrótkich włókien węglowych. Optymalizacja stopnia grafityzacji włókna węglowego pozwala na zwiększenie jego przewodnictwa cieplnego do ponad 1000 W/(mK). Jednocześnie, aby zapewnić dobry kontakt z elementami elektronicznymi, technologia metalizacji powierzchni, taka jak chemiczne niklowanie, może zmniejszyć rezystancję powierzchniową włókna węglowego o ponad 80%.

Proces metalurgii proszków może być stosowany w produkcji radiatorów procesorów komputerowych. Ultrakrótkie włókno węglowe jest mieszane z proszkiem metalu (np. proszkiem miedzi) i spiekane w wysokiej temperaturze i ciśnieniu. Temperatura spiekania wynosi zazwyczaj 500–900°C, a ciśnienie 20–50 MPa. Proces ten umożliwia włóknu węglowemu utworzenie dobrego kanału przewodzenia ciepła z metalem i poprawia wydajność odprowadzania ciepła.

Od przemysłu lotniczego i motoryzacyjnego po elektronikę, dzięki ciągłej innowacji technologii i optymalizacji procesów, ultrakrótkiewłókno węglowezabłyśnie w większej liczbie dziedzin, wnosząc większą moc do współczesnej nauki, technologii i rozwoju przemysłu.