Uporaba ultra kratkih ogljikovih vlaken

Kot ključni član področja naprednih kompozitov so ultrakratka ogljikova vlakna s svojimi edinstvenimi lastnostmi vzbudila široko pozornost na številnih industrijskih in tehnoloških področjih. Ponujajo povsem novo rešitev za visoko zmogljive materiale, poglobljeno razumevanje njihovih tehnologij in procesov uporabe pa je bistvenega pomena za spodbujanje razvoja sorodnih industrij.

Elektronske mikrografije ultrakratkih ogljikovih vlaken

Dolžina ultra kratkih ogljikovih vlaken je običajno med 0,1 in 5 mm, njihova gostota pa je nizka, 1,7–2 g/cm³. Z nizko gostoto 1,7–2,2 g/cm³, natezno trdnostjo 3000–7000 MPa in modulom elastičnosti 200–700 GPa so te odlične mehanske lastnosti osnova za njihovo uporabo v nosilnih konstrukcijah. Poleg tega imajo odlično odpornost na visoke temperature in lahko prenesejo visoke temperature nad 2000 °C v neoksidativni atmosferi.

Tehnologija uporabe in postopek ultra kratkih ogljikovih vlaken na področju vesoljske industrije

V letalski in vesoljski industriji se ultra kratka ogljikova vlakna uporabljajo predvsem za ojačitevsmolamatrični kompoziti. Ključ tehnologije je enakomerno razpršitev ogljikovih vlaken v smolni matrici. Na primer, uporaba ultrazvočne disperzijske tehnologije lahko učinkovito prekine pojav aglomeracije ogljikovih vlaken, tako da koeficient disperzije doseže več kot 90 %, kar zagotavlja doslednost lastnosti materiala. Hkrati pa uporaba tehnologije površinske obdelave vlaken, kot je uporabavezno sredstvozdravljenje, lahko povzročiogljikovih vlakenin trdnost vezi na vmesniku smole se je povečala za 30 % – 50 %.

Pri izdelavi letalskih kril in drugih konstrukcijskih komponent se uporablja postopek vročega stiskanja. Najprej se ultrakratka ogljikova vlakna in smola, pomešana z določenim deležem preprega, nanesejo v posodo za vroče stiskanje. Nato se strdijo in oblikujejo pri temperaturi 120–180 °C in tlaku 0,5–1,5 MPa. Ta postopek lahko učinkovito odstrani zračne mehurčke v kompozitnem materialu, kar zagotavlja gostoto in visoko zmogljivost izdelkov.

Tehnologija in postopki za uporabo ultra kratkih ogljikovih vlaken v avtomobilski industriji

Pri uporabi ultra kratkih ogljikovih vlaken v avtomobilskih delih je poudarek na izboljšanju njihove združljivosti z osnovnim materialom. Z dodajanjem specifičnih kompatibilizatorjev se izboljša medfazna adhezija med ogljikovimi vlakni in osnovnimi materiali (npr.polipropilen, itd.) se lahko poveča za približno 40 %. Hkrati se za izboljšanje delovanja v kompleksnih stresnih okoljih uporablja tehnologija načrtovanja orientacije vlaken, ki prilagaja smer poravnave vlaken glede na smer napetosti na delu.

Postopek brizganja se pogosto uporablja pri izdelavi delov, kot so avtomobilski pokrovi motorja. Ultra kratka ogljikova vlakna se zmešajo s plastičnimi delci in nato vbrizgajo v votlino kalupa pod vplivom visoke temperature in tlaka. Temperatura vbrizgavanja je običajno 200–280 ℃, tlak vbrizgavanja pa 50–150 MPa. Ta postopek omogoča hitro oblikovanje kompleksnih delov in zagotavlja enakomerno porazdelitev ogljikovih vlaken v izdelkih.

Tehnologija in postopek uporabe ultra kratkih ogljikovih vlaken na področju elektronike

Na področju elektronskega odvajanja toplote je ključnega pomena izkoriščanje toplotne prevodnosti ultra kratkih ogljikovih vlaken. Z optimizacijo stopnje grafitizacije ogljikovih vlaken se lahko njihova toplotna prevodnost poveča na več kot 1000 W/(mK). Hkrati pa lahko za zagotovitev dobrega stika z elektronskimi komponentami tehnologija površinske metalizacije, kot je kemično nikljanje, zmanjša površinsko upornost ogljikovih vlaken za več kot 80 %.

Postopek prašne metalurgije se lahko uporablja pri izdelavi hladilnikov za računalniške procesorje. Ultra kratka ogljikova vlakna se zmešajo s kovinskim prahom (npr. bakrenim prahom) in sintrajo pod visokim tlakom. Temperatura sintranja je običajno 500–900 °C, tlak pa 20–50 MPa. Ta postopek omogoča, da ogljikova vlakna s kovino tvorijo dober kanal za prevodnost toplote in izboljšajo učinkovitost odvajanja toplote.

Od letalske in vesoljske industrije do avtomobilske in elektronike, z nenehnimi inovacijami tehnologije in optimizacijo procesov, ultra kratkiogljikovih vlakenbo sijala na več področjih in vnesla več moči v sodobno znanost in tehnologijo ter industrijski razvoj.