Ứng dụng của sợi carbon siêu ngắn

Là một thành viên chủ chốt của lĩnh vực vật liệu composite tiên tiến, sợi carbon siêu ngắn, với các đặc tính độc đáo của nó, đã thu hút sự chú ý rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và công nghệ. Nó cung cấp một giải pháp hoàn toàn mới cho hiệu suất cao của vật liệu và việc hiểu sâu sắc về các công nghệ và quy trình ứng dụng của nó là điều cần thiết để thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp liên quan.

Ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử của sợi carbon siêu ngắn

Thông thường, chiều dài của sợi carbon siêu ngắn nằm trong khoảng 0,1 – 5mm và mật độ của chúng thấp ở mức 1,7 – 2g/cm³. Với mật độ thấp 1,7 – 2,2g/cm³, độ bền kéo 3000 – 7000MPa và mô đun đàn hồi 200 – 700GPa, những đặc tính cơ học tuyệt vời này tạo thành cơ sở cho việc sử dụng trong các kết cấu chịu lực. Ngoài ra, nó có khả năng chịu nhiệt độ cao tuyệt vời và có thể chịu được nhiệt độ cao trên 2000°C trong môi trường không oxy hóa.

Công nghệ và quy trình ứng dụng sợi carbon siêu ngắn trong lĩnh vực hàng không vũ trụ

Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, sợi carbon siêu ngắn chủ yếu được sử dụng để gia cốnhựavật liệu composite ma trận. Chìa khóa của công nghệ là làm cho sợi carbon phân tán đều trong ma trận nhựa. Ví dụ, việc áp dụng công nghệ phân tán siêu âm có thể phá vỡ hiệu quả hiện tượng kết tụ sợi carbon, để hệ số phân tán đạt hơn 90%, đảm bảo tính nhất quán của các đặc tính vật liệu. Đồng thời, việc sử dụng công nghệ xử lý bề mặt sợi, chẳng hạn như sử dụngchất kết dínhđiều trị, có thể làm chosợi carbonvà cường độ liên kết giữa các bề mặt nhựa tăng từ 30% – 50%.

Trong quá trình sản xuất cánh máy bay và các thành phần cấu trúc khác, sử dụng quy trình bể ép nóng. Trước hết, sợi carbon và nhựa cực ngắn được trộn với một tỷ lệ nhất định được làm bằng prepreg, được xếp lớp vào bể ép nóng. Sau đó, nó được xử lý và đúc ở nhiệt độ 120 – 180 ° C và áp suất 0,5 – 1,5MPa. Quy trình này có thể xả hiệu quả các bong bóng khí trong vật liệu composite để đảm bảo độ đặc và hiệu suất cao của sản phẩm.

Công nghệ và quy trình ứng dụng sợi carbon siêu ngắn trong ngành công nghiệp ô tô

Khi áp dụng sợi carbon siêu ngắn vào các bộ phận ô tô, trọng tâm là cải thiện khả năng tương thích của nó với vật liệu cơ bản. Bằng cách thêm các chất tương thích cụ thể, độ bám dính giao diện giữa sợi carbon và vật liệu cơ bản (ví dụ:polypropylen, v.v.) có thể tăng khoảng 40%. Đồng thời, để cải thiện hiệu suất trong môi trường ứng suất phức tạp, công nghệ thiết kế định hướng sợi được sử dụng để điều chỉnh hướng căn chỉnh sợi theo hướng ứng suất trên bộ phận.

Quá trình ép phun thường được sử dụng trong sản xuất các bộ phận như mui xe ô tô. Sợi carbon cực ngắn được trộn với các hạt nhựa và sau đó được phun vào khoang khuôn thông qua nhiệt độ và áp suất cao. Nhiệt độ phun thường là 200 - 280 ℃, áp suất phun là 50 - 150 MPa. Quá trình này có thể thực hiện đúc nhanh các bộ phận có hình dạng phức tạp và có thể đảm bảo sự phân bố đồng đều của sợi carbon trong sản phẩm.

Công nghệ và quy trình ứng dụng sợi carbon siêu ngắn trong lĩnh vực điện tử

Trong lĩnh vực tản nhiệt điện tử, việc tận dụng độ dẫn nhiệt của sợi carbon siêu ngắn là chìa khóa. Bằng cách tối ưu hóa mức độ than hóa của sợi carbon, độ dẫn nhiệt của nó có thể được tăng lên hơn 1000W/(mK). Đồng thời, để đảm bảo tiếp xúc tốt với các thành phần điện tử, công nghệ kim loại hóa bề mặt, chẳng hạn như mạ niken hóa học, có thể giảm hơn 80% điện trở bề mặt của sợi carbon.

Quá trình luyện kim bột có thể được sử dụng trong sản xuất bộ tản nhiệt CPU máy tính. Sợi carbon siêu ngắn được trộn với bột kim loại (ví dụ bột đồng) và thiêu kết dưới nhiệt độ và áp suất cao. Nhiệt độ thiêu kết thường là 500 – 900°C và áp suất là 20 – 50 MPa. Quá trình này cho phép sợi carbon tạo thành kênh dẫn nhiệt tốt với kim loại và cải thiện hiệu quả tản nhiệt.

Từ ngành hàng không vũ trụ đến ngành công nghiệp ô tô đến điện tử, với sự đổi mới liên tục về công nghệ và tối ưu hóa quy trình, siêu ngắnsợi carbonsẽ tỏa sáng trong nhiều lĩnh vực hơn, truyền thêm sức mạnh mạnh mẽ hơn cho khoa học công nghệ hiện đại và phát triển công nghiệp.