การประยุกต์ใช้เส้นใยคาร์บอนสั้นพิเศษ

เส้นใยคาร์บอนสั้นพิเศษซึ่งมีคุณสมบัติเฉพาะตัวและถือเป็นสมาชิกสำคัญของสาขาคอมโพสิตขั้นสูง ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางในสาขาอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีต่างๆ มากมาย เส้นใยคาร์บอนชนิดนี้ถือเป็นโซลูชันใหม่ล่าสุดสำหรับวัสดุที่มีประสิทธิภาพสูง และความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับเทคโนโลยีและกระบวนการใช้งานของเส้นใยคาร์บอนชนิดนี้ถือเป็นสิ่งสำคัญในการขับเคลื่อนการพัฒนาอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง

ภาพไมโครอิเล็กตรอนของเส้นใยคาร์บอนสั้นพิเศษ

โดยทั่วไป เส้นใยคาร์บอนที่สั้นมากจะมีความยาวระหว่าง 0.1 – 5 มม. และมีความหนาแน่นต่ำที่ 1.7 – 2g/cm³ โดยมีความหนาแน่นต่ำที่ 1.7 – 2.2g/cm³ มีความแข็งแรงในการดึง 3,000 – 7,000 MPa และโมดูลัสความยืดหยุ่น 200 – 700 GPa คุณสมบัติทางกลที่ยอดเยี่ยมเหล่านี้จึงเป็นพื้นฐานสำหรับการใช้ในโครงสร้างรับน้ำหนัก นอกจากนี้ ยังมีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงได้ดีเยี่ยม และสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงกว่า 2,000°C ในบรรยากาศที่ไม่เกิดออกซิเดชัน

เทคโนโลยีการใช้งานและกระบวนการของเส้นใยคาร์บอนสั้นพิเศษในสาขาการบินและอวกาศ

ในด้านการบินและอวกาศ เส้นใยคาร์บอนสั้นพิเศษส่วนใหญ่ใช้เพื่อเสริมกำลังเรซินเมทริกซ์คอมโพสิต กุญแจสำคัญของเทคโนโลยีคือการทำให้เส้นใยคาร์บอนกระจายตัวสม่ำเสมอในเมทริกซ์เรซิน ตัวอย่างเช่น การใช้เทคโนโลยีการกระจายแบบอัลตราโซนิกสามารถทำลายปรากฏการณ์การรวมตัวของเส้นใยคาร์บอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้ค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวสูงถึง 90% ทำให้มั่นใจได้ถึงความสม่ำเสมอของคุณสมบัติของวัสดุ ในเวลาเดียวกัน การใช้เทคโนโลยีการบำบัดพื้นผิวเส้นใย เช่น การใช้ตัวแทนการจับคู่การรักษาสามารถทำได้คาร์บอนไฟเบอร์และความแข็งแรงของพันธะอินเทอร์เฟซเรซินเพิ่มขึ้น 30% – 50%

ในการผลิตปีกเครื่องบินและส่วนประกอบโครงสร้างอื่นๆ จะใช้กระบวนการถังอัดร้อน ก่อนอื่น คาร์บอนไฟเบอร์สั้นพิเศษและเรซินผสมกับพรีเพร็กในปริมาณที่กำหนด แล้ววางเป็นชั้นๆ ในถังอัดร้อน จากนั้นจึงอบและขึ้นรูปที่อุณหภูมิ 120 – 180°C และความดัน 0.5 – 1.5MPa กระบวนการนี้สามารถปล่อยฟองอากาศในวัสดุคอมโพสิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์มีความหนาแน่นและประสิทธิภาพสูง

เทคโนโลยีและกระบวนการสำหรับการประยุกต์ใช้เส้นใยคาร์บอนสั้นพิเศษในอุตสาหกรรมยานยนต์

เมื่อใช้เส้นใยคาร์บอนสั้นพิเศษกับชิ้นส่วนยานยนต์ สิ่งสำคัญคือต้องปรับปรุงความเข้ากันได้กับวัสดุพื้นฐาน โดยการเพิ่มสารเข้ากันได้เฉพาะ จะทำให้การยึดเกาะระหว่างเส้นใยคาร์บอนและวัสดุพื้นฐาน (เช่นโพลีโพรพีลีนฯลฯ) สามารถเพิ่มขึ้นได้ประมาณ 40% ในเวลาเดียวกัน เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีความเครียดที่ซับซ้อน เทคโนโลยีการออกแบบการวางแนวของเส้นใยถูกนำมาใช้เพื่อปรับทิศทางของการจัดแนวเส้นใยตามทิศทางของความเครียดบนชิ้นส่วน

กระบวนการฉีดขึ้นรูปมักใช้ในการผลิตชิ้นส่วน เช่น ฝากระโปรงรถยนต์ เส้นใยคาร์บอนสั้นพิเศษจะผสมกับอนุภาคพลาสติกแล้วฉีดเข้าไปในโพรงแม่พิมพ์โดยใช้ความร้อนและแรงดันสูง อุณหภูมิในการฉีดโดยทั่วไปคือ 200 – 280 ℃ แรงดันในการฉีดคือ 50 – 150 MPa กระบวนการนี้สามารถขึ้นรูปชิ้นส่วนที่มีรูปร่างซับซ้อนได้อย่างรวดเร็ว และสามารถรับประกันการกระจายตัวของเส้นใยคาร์บอนอย่างสม่ำเสมอในผลิตภัณฑ์

เทคโนโลยีและกระบวนการนำเส้นใยคาร์บอนสั้นพิเศษไปใช้ในสาขาอิเล็กทรอนิกส์

ในสาขาการระบายความร้อนอิเล็กทรอนิกส์ การใช้การนำความร้อนของเส้นใยคาร์บอนสั้นพิเศษถือเป็นปัจจัยสำคัญ โดยการเพิ่มระดับกราไฟต์ของเส้นใยคาร์บอนให้เหมาะสม จะทำให้สามารถนำความร้อนได้มากกว่า 1,000W/(mK) ในขณะเดียวกัน เพื่อให้แน่ใจว่าสัมผัสกับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ได้ดี เทคโนโลยีการชุบโลหะบนพื้นผิว เช่น การชุบนิกเกิลด้วยสารเคมี สามารถลดความต้านทานพื้นผิวของเส้นใยคาร์บอนได้มากกว่า 80%

กระบวนการผงโลหะสามารถนำมาใช้ในการผลิตฮีตซิงก์ซีพียูของคอมพิวเตอร์ได้ เส้นใยคาร์บอนสั้นพิเศษจะถูกผสมกับผงโลหะ (เช่น ผงทองแดง) และเผาผนึกภายใต้ความร้อนและแรงดันสูง อุณหภูมิในการเผาผนึกโดยทั่วไปอยู่ที่ 500 – 900°C และแรงดันอยู่ที่ 20 – 50 MPa กระบวนการนี้ทำให้เส้นใยคาร์บอนสามารถสร้างช่องทางการนำความร้อนที่ดีกับโลหะและปรับปรุงประสิทธิภาพการกระจายความร้อน

ตั้งแต่การบินและอวกาศไปจนถึงอุตสาหกรรมยานยนต์ไปจนถึงอิเล็กทรอนิกส์ ด้วยนวัตกรรมเทคโนโลยีและการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการอย่างต่อเนื่องคาร์บอนไฟเบอร์จะเปล่งประกายในหลากหลายสาขามากยิ่งขึ้น เพิ่มพลังอันทรงพลังยิ่งขึ้นสำหรับวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และความพัฒนาอุตสาหกรรมสมัยใหม่