Будучи ключевым элементом области передовых композитов, сверхкороткое углеродное волокно, с его уникальными свойствами, привлекло широкое внимание во многих промышленных и технологических областях. Оно обеспечивает совершенно новое решение для высокопроизводительных материалов, и глубокое понимание технологий и процессов его применения имеет важное значение для стимулирования развития смежных отраслей.
Электронные микрофотографии ультракоротких углеродных волокон
Обычно длина ультракоротких углеродных волокон составляет от 0,1 до 5 мм, а их плотность низкая — 1,7–2 г/см³. При низкой плотности 1,7–2,2 г/см³, пределе прочности на разрыв 3000–7000 МПа и модуле упругости 200–700 ГПа эти превосходные механические свойства составляют основу для его использования в несущих конструкциях. Кроме того, он обладает превосходной устойчивостью к высоким температурам и может выдерживать высокие температуры свыше 2000 °C в неокисляющей атмосфере.
Технология и процесс применения сверхкороткого углеродного волокна в аэрокосмической отрасли
В аэрокосмической отрасли ультракороткое углеродное волокно в основном используется для армированиясмолаКомпозиты с матрицей. Ключевым моментом технологии является равномерное распределение углеродного волокна в матрице смолы. Например, применение технологии ультразвуковой дисперсии может эффективно разрушить явление агломерации углеродного волокна, так что коэффициент дисперсии достигает более 90%, обеспечивая постоянство свойств материала. В то же время использование технологии обработки поверхности волокна, такой как использованиесвязующий агентлечение, может сделатьуглеродное волокнои прочность связи со смолой увеличилась на 30% - 50%.
При изготовлении крыльев самолетов и других структурных компонентов используется процесс горячего прессования в резервуаре. Прежде всего, ультракороткое углеродное волокно и смола, смешанные с определенной пропорцией препрега, укладываются слоями в резервуар горячего прессования. Затем они отверждаются и формуются при температуре 120–180°C и давлении 0,5–1,5 МПа. Этот процесс позволяет эффективно выводить пузырьки воздуха из композитного материала, обеспечивая плотность и высокие эксплуатационные характеристики изделий.
Технологии и процессы применения сверхкороткого углеродного волокна в автомобильной промышленности
При применении ультракороткого углеродного волокна в автомобильных деталях основное внимание уделяется улучшению его совместимости с базовым материалом. При добавлении специальных компатибилизаторов улучшается адгезия на границе раздела между углеродными волокнами и базовыми материалами (например,полипропилени т. д.) может быть увеличено примерно на 40%. В то же время, для улучшения его характеристик в условиях сложных напряжений, используется технология проектирования ориентации волокон, позволяющая регулировать направление выравнивания волокон в соответствии с направлением напряжения на детали.
Процесс литья под давлением часто используется при изготовлении таких деталей, как капоты автомобилей. Ультракороткие углеродные волокна смешиваются с пластиковыми частицами, а затем впрыскиваются в полость формы под воздействием высокой температуры и давления. Температура впрыска обычно составляет 200–280 ℃, давление впрыска составляет 50–150 МПа. Этот процесс позволяет осуществлять быстрое формование деталей сложной формы и обеспечивает равномерное распределение углеродных волокон в изделиях.
Технология и процесс применения сверхкороткого углеродного волокна в области электроники
В области электронного рассеивания тепла ключевым является использование теплопроводности ультракоротких углеродных волокон. Оптимизируя степень графитизации углеродного волокна, его теплопроводность можно увеличить до более чем 1000 Вт/(мК). Между тем, для обеспечения его хорошего контакта с электронными компонентами технология металлизации поверхности, такая как химическое никелирование, может снизить поверхностное сопротивление углеродного волокна более чем на 80%.
Процесс порошковой металлургии может быть использован при производстве радиаторов процессоров компьютеров. Ультракороткое углеродное волокно смешивается с металлическим порошком (например, медным порошком) и спекается при высокой температуре и давлении. Температура спекания обычно составляет 500–900°C, а давление — 20–50 МПа. Этот процесс позволяет углеродному волокну образовывать хороший канал теплопроводности с металлом и повышает эффективность рассеивания тепла.
От аэрокосмической и автомобильной промышленности до электроники, с постоянным внедрением инноваций в технологии и оптимизацией процессов, сверхкороткие срокиуглеродное волокнопроявят себя в большем количестве областей, привнося более мощный импульс в развитие современной науки, технологий и промышленности.
Время публикации: 20 декабря 2024 г.