เส้นใยคาร์บอนสั้นพิเศษ ซึ่งเป็นสมาชิกสำคัญของสาขาวัสดุคอมโพสิตขั้นสูง ด้วยคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางในหลายอุตสาหกรรมและเทคโนโลยี มันเป็นทางออกใหม่สำหรับวัสดุประสิทธิภาพสูง และความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับเทคโนโลยีและกระบวนการใช้งานนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการขับเคลื่อนการพัฒนาอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง
ภาพถ่ายอิเล็กตรอนไมโครสโคปของเส้นใยคาร์บอนขนาดสั้นมาก
โดยทั่วไป เส้นใยคาร์บอนแบบสั้นพิเศษมีความยาวระหว่าง 0.1 – 5 มม. และมีความหนาแน่นต่ำที่ 1.7 – 2 กรัม/ซม³ ด้วยความหนาแน่นต่ำที่ 1.7 – 2.2 กรัม/ซม³ ความแข็งแรงดึง 3000 – 7000 เมกะปาสคาล และโมดูลัสความยืดหยุ่น 200 – 700 กิกะปาสคาล คุณสมบัติทางกลที่ยอดเยี่ยมเหล่านี้เป็นพื้นฐานสำหรับการใช้งานในโครงสร้างรับน้ำหนัก นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดีเยี่ยม และสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงกว่า 2000°C ในบรรยากาศที่ไม่เกิดออกซิเดชันได้
เทคโนโลยีและการประยุกต์ใช้งานเส้นใยคาร์บอนสั้นพิเศษในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ
ในด้านการบินและอวกาศ เส้นใยคาร์บอนขนาดสั้นพิเศษส่วนใหญ่ใช้เพื่อเสริมความแข็งแรงเรซินวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์ หัวใจสำคัญของเทคโนโลยีนี้คือการทำให้เส้นใยคาร์บอนกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอในเมทริกซ์เรซิน ตัวอย่างเช่น การใช้เทคโนโลยีการกระจายตัวด้วยคลื่นอัลตราโซนิคสามารถทำลายปรากฏการณ์การจับตัวเป็นก้อนของเส้นใยคาร์บอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้ค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวสูงกว่า 90% ซึ่งช่วยให้คุณสมบัติของวัสดุมีความสม่ำเสมอ ในขณะเดียวกัน การใช้เทคโนโลยีการปรับสภาพพื้นผิวเส้นใย เช่น การใช้สารเชื่อมประสานการรักษา สามารถทำให้คาร์บอนไฟเบอร์และความแข็งแรงของการยึดติดระหว่างเรซินกับพื้นผิวเพิ่มขึ้น 30% – 50%
ในการผลิตปีกเครื่องบินและชิ้นส่วนโครงสร้างอื่นๆ มีการใช้กระบวนการขึ้นรูปด้วยความร้อน โดยเริ่มจากการผสมเส้นใยคาร์บอนสั้นพิเศษกับเรซินในสัดส่วนที่กำหนดเพื่อทำเป็นวัสดุพรีเพรก จากนั้นจึงนำไปวางเป็นชั้นๆ ในถังขึ้นรูปด้วยความร้อน แล้วทำการอบและขึ้นรูปที่อุณหภูมิ 120 – 180 องศาเซลเซียส และความดัน 0.5 – 1.5 เมกะปาสคาล กระบวนการนี้สามารถกำจัดฟองอากาศในวัสดุคอมโพสิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้ผลิตภัณฑ์มีความหนาแน่นและประสิทธิภาพสูง
เทคโนโลยีและกระบวนการสำหรับการประยุกต์ใช้เส้นใยคาร์บอนสั้นพิเศษในอุตสาหกรรมยานยนต์
ในการนำเส้นใยคาร์บอนสั้นพิเศษมาใช้ในชิ้นส่วนยานยนต์ จุดสนใจอยู่ที่การปรับปรุงความเข้ากันได้กับวัสดุพื้นฐาน โดยการเติมสารเพิ่มความเข้ากันได้เฉพาะ จะช่วยเพิ่มการยึดเกาะระหว่างเส้นใยคาร์บอนและวัสดุพื้นฐาน (เช่นโพลีโพรพีลีน(เช่น ) สามารถเพิ่มขึ้นได้ประมาณ 40% ในขณะเดียวกัน เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพในสภาพแวดล้อมที่มีแรงเค้นซับซ้อน จึงใช้เทคโนโลยีการออกแบบการจัดเรียงเส้นใยเพื่อปรับทิศทางการจัดเรียงเส้นใยให้สอดคล้องกับทิศทางของแรงเค้นบนชิ้นส่วน
กระบวนการฉีดขึ้นรูปมักใช้ในการผลิตชิ้นส่วนต่างๆ เช่น ฝากระโปรงรถยนต์ โดยจะนำเส้นใยคาร์บอนขนาดสั้นมากมาผสมกับอนุภาคพลาสติก แล้วฉีดเข้าไปในแม่พิมพ์ด้วยอุณหภูมิและความดันสูง โดยทั่วไปอุณหภูมิในการฉีดจะอยู่ที่ 200 – 280 องศาเซลเซียส และความดันในการฉีดอยู่ที่ 50 – 150 เมกะปาสคาล กระบวนการนี้สามารถขึ้นรูปชิ้นส่วนที่มีรูปทรงซับซ้อนได้อย่างรวดเร็ว และรับประกันการกระจายตัวของเส้นใยคาร์บอนอย่างสม่ำเสมอในผลิตภัณฑ์
เทคโนโลยีและกระบวนการประยุกต์ใช้เส้นใยคาร์บอนขนาดสั้นพิเศษในด้านอิเล็กทรอนิกส์
ในด้านการระบายความร้อนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ การใช้ประโยชน์จากค่าการนำความร้อนของเส้นใยคาร์บอนขนาดสั้นพิเศษถือเป็นกุญแจสำคัญ โดยการปรับระดับการเกิดกราไฟต์ของเส้นใยคาร์บอนให้เหมาะสม ค่าการนำความร้อนสามารถเพิ่มขึ้นได้มากกว่า 1000 วัตต์/(เมตร-เคลวิน) ในขณะเดียวกัน เพื่อให้มั่นใจได้ว่ามีการสัมผัสที่ดีกับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เทคโนโลยีการเคลือบผิวด้วยโลหะ เช่น การชุบนิกเกิลด้วยสารเคมี สามารถลดความต้านทานพื้นผิวของเส้นใยคาร์บอนได้มากกว่า 80%
กระบวนการโลหะวิทยาผงสามารถนำมาใช้ในการผลิตฮีทซิงค์ซีพียูคอมพิวเตอร์ได้ โดยนำเส้นใยคาร์บอนขนาดสั้นมากมาผสมกับผงโลหะ (เช่น ผงทองแดง) แล้วเผาผนึกภายใต้อุณหภูมิและความดันสูง โดยทั่วไปอุณหภูมิในการเผาผนึกจะอยู่ที่ 500 – 900 องศาเซลเซียส และความดันอยู่ที่ 20 – 50 เมกะปาสคาล กระบวนการนี้ช่วยให้เส้นใยคาร์บอนสร้างช่องทางการนำความร้อนที่ดีกับโลหะและเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อน
จากอุตสาหกรรมการบินและอวกาศไปจนถึงอุตสาหกรรมยานยนต์และอิเล็กทรอนิกส์ ด้วยนวัตกรรมอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีและการปรับปรุงกระบวนการให้เหมาะสม ทำให้เกิดเทคโนโลยีอัลตร้าชอร์ตคาร์บอนไฟเบอร์จะเปล่งประกายในหลากหลายสาขามากขึ้น โดยจะเพิ่มพลังอันทรงประสิทธิภาพให้กับวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่ รวมถึงการพัฒนาอุตสาหกรรม
วันที่เผยแพร่: 20 ธันวาคม 2024