Das Ningbo Institute of Materials, Chinese Academy of Sciences, Hochleistungskohlenstofffasern und sein Verbundwerkstoffteam (früher bekannt als Ningbo Institute of Materials, Chinese Academy of Sciences, Specialty Fiber Division, im Folgenden als "Ningbo Institute of Materials, Kohlenstofffaserteam" bezeichnet) wurde 2008 gegründet und konzentriert sich auf die lokale technologische Forschung und Entwicklung im Bereich Hochleistungskohlenstofffasern. Nach mehr als 10 Jahren Entwicklung stützte sich das Team auf das Nationale Ingenieurlabor der Entwicklungs- und Reformkommission, die Plattform für die Prüfung und Charakterisierung von Kohlenstofffasern der Entwicklungs- und Reformkommission, das Ingenieurlabor der Provinz Zhejiang und andere Plattformen, um ein technisches System mit völlig unabhängigen geistigen Eigentumsrechten in drei Hauptbereichen zu bilden. Nach mehr als zehn Jahren Entwicklung hat das Team drei große technische Systeme mit völlig unabhängigen geistigen Eigentumsrechten gebildet, wobei es sich auf das Nationale Ingenieurlabor der Entwicklungs- und Reformkommission (NDRC), die Plattform für die Prüfung und Charakterisierung von Kohlenstofffasern der NDRC und das Ingenieurlabor der Provinz Zhejiang stützte:
Technologie zur Herstellung von Hochleistungs-Kohlefaser: Das Team verfügt über das Nationale Technische Labor für Kohlefaser-Herstellungstechnologie der NDRC, das Technische Labor für Hochleistungs-Kohlefaser-Industrialisierungstechnologie (Forschungszentrum) der Provinz Zhejiang und andere Plattformen und hat Durchbrüche bei Schlüsseltechnologien zur Herstellung von im Inland produzierten hochfesten und mittelmoduligen Kohlefasern der Güteklassen T800- und T1000- sowie bei Schlüsseltechnologien zur Herstellung von im Inland produzierten hochfesten und hochmoduligen Kohlefasern der Güteklassen M40J, M50J, M55J, M60J und M65J erzielt. Schlüsseltechnologie zur Herstellung von hochfesten und hochmoduligen Kohlefasern der Güteklassen M40J, M50J, M55J, M60J und M65J sowie Schlüsseltechnologie für die neue Generation von hochfesten, hochmoduligen und hochdehnbaren Kohlefasern des Typs M30X, M40X, M50X und M55X.
Technologie für Hochleistungsfasertests und -charakterisierung: Das Team besitzt die Plattform für Kohlenstofffasertests und -charakterisierung der Nationalen Entwicklungs- und Reformkommission und die „Plattform für Hochleistungsfaservorbereitung und -charakterisierungstests (Ningbo)“ der China Chemical Fiber Industry Association usw. Das Team hat ein professionelles Testsystem für Hochleistungskohlenstofffasertests eingerichtet und verbessert und die folgenden Technologien entwickelt: Siliziumkarbidfasern, Aramidfasern, Polyimidfasern, Glasfasern, Basaltfasern und Polycarbonatfasern. Wir haben eine Vielzahl von Fasertestmethoden entwickelt, die Siliziumkarbidfasern, Aramidfasern, Polyimidfasern, Glasfasern, Basaltfasern und andere Fasertestmethoden abdecken, und bieten Test- und Charakterisierungsdienste für Dutzende von inländischen Unternehmen, Institutionen und wissenschaftlichen Forschungshochschulen und Universitäten an.
Faserprepreg-Prozess- und Verarbeitungstechnologie: Das Team verfügt über eine professionelle Hochleistungs-Faserprepreg-Prozess- und Produktionsplattform, die verschiedene Arten von Carbonfaser-Prepreg-Prozessbewertungen und Produktionsservices durchführen kann, basierend auf der Nachfrage nach hochwertigen ultradünnen Prepregs in verschiedenen Bereichen. Im Januar 2024 hat die Plattform erfolgreich zwei Modelle von CNI QM40 (Klasse M40J) und CNI QM55 (Klasse M55J) hochmoduligen Carbonfasern entwickelt. Ultradünne Prepregs bilden eine Chargenproduktionskapazität und bieten darüber hinaus Dienstleistungen wie Strukturdesign, Analyse und Verarbeitung verschiedener Verbundwerkstoffe.
Zusätzlich zu den oben genannten Technologien hat das Carbonfaserteam von NIMR auch eine Reihe technischer Produkte entwickelt, wie beispielsweise kostengünstige Carbonfasern auf Acrylbasis, metallisierte Carbonfasern, hochtemperaturbeständige thermoplastische Schlichtemittel und Rohseidenölungsmittel, um den Anforderungen der Kunden gerecht zu werden. In dieser Ausgabe wird die Technologie der metallisierten Carbonfasern vorgestellt.
1Technologischer Hintergrund
Aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften wie hohe Festigkeit, hoher Elastizitätsmodul und Korrosionsbeständigkeit wird PAN-basierte Kohlefaser häufig in Harzmatrix-Verbundwerkstoffen, Keramikmatrix-Verbundwerkstoffen und Metallmatrix-Verbundwerkstoffen verwendet. Durch die Verwendung von Kohlefaser zur Verstärkung der Metallmatrix können die mechanischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffs verbessert werden, gleichzeitig bleibt der Vorteil des geringen Gewichts erhalten, sodass sich vielfältige Anwendungsaussichten in der Luft- und Raumfahrt- sowie Automobilindustrie ergeben.
Derzeit besteht das allgemeine Problem der mangelnden Benetzbarkeit zwischen Kohlenstofffasern und Metallmatrix. Bei kohlenstofffaserverstärkten Verbundwerkstoffen mit Aluminiummatrix kann die Aluminiumschmelze beispielsweise das Kohlenstofffaserkabel nur schwer vollständig durchdringen, sodass eine schlechte Bindung an der Schnittstelle mit der Matrix auftritt und die Kohlenstofffasern keine verstärkende Wirkung entfalten können. Dies schränkt die Ausweitung des Anwendungsbereichs kohlenstofffaserverstärkter Verbundwerkstoffe mit Metallmatrix ein.
Durch das Galvanisierungsverfahren kann eine Metallschicht mit hoher Geschwindigkeit auf der Oberfläche von Kohlefasern abgeschieden werden. Im Vergleich zu Kohlefasern mit Standardmodul T300/T700, Kohlefasern mit mittlerem Modul T800/T1000 und Kohlefasern mit hohem Modul mit einem Kohlenstoffgehalt von über 99 % ist die Leitfähigkeit deutlich besser und die Metallabscheidung bei der Galvanisierung ist förderlicher.
2Technische Merkmale
Das Team des Ningbo Institute of Materials and Carbon Fiber verfügt über einen vollständigen Satz von Geräten zur kontinuierlichen Oberflächengalvanisierung und hat mithilfe der unabhängigen Forschung und Entwicklung von hochmoduligen Kohlenstofffasern als Rohmaterial eine Technologie zur Online-Metallbeschichtung von Kohlenstofffaseroberflächen entwickelt.
Nach der elektrochemischen Beschichtung können Nickel, Kupfer, Aluminium und andere Metallarten gleichmäßig auf die Oberfläche der Faser aufgebracht werden, die Beschichtungsdicke kann kontrolliert werden; gleichzeitig gehen die mechanischen Eigenschaften der behandelten Kohlenstofffaser fast nicht verloren und die Leitfähigkeit wird erheblich verbessert. Der Widerstand metallisierter Kohlenstofffasern wurde auf bis zu 2 Ohm pro Meter getestet; diese Technologie ist auf die Metallisierung von 1-24K-Tow-Kohlenstofffasern anwendbar.
Potentielle Anwendungen: Metallisierte Kohlenstofffasern können die Anforderungen der Luft- und Raumfahrtbranche erfüllen, beispielsweise für Antennen, Sensoren, elektromagnetische Abschirmung, sowie für Energiefelder wie Hochgeschwindigkeitsmotorrotoren, elektrische Heizmaterialien und medizinische Leitungen.
3 Kernpatente und Kooperationsmethoden
1), Erfindungspatent CN114775274A Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Oberflächenmetallisierung von Kohlenstofffasern (autorisiert)
Patenterfinder: Qian Xin, Ma Hongbo, Jin Lu, Zhang Yonggang, Wang Xuefei, Zhong Junjun, Zhi Jianhai
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Oberflächenbehandlung von Kohlenstofffasern und offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Oberflächenmetallisierung von Kohlenstofffasern, mit denen sich die kontinuierliche Herstellung einer Oberflächenmetallisierung von Kohlenstofffasern mit einfacher Ausrüstung und kurzen Behandlungszyklen realisieren lässt.
2), Erfindungspatent CN112861337B Ein Verfahren zur Vorhersage der Oberflächentemperatur von Kohlenstofffasern nach Erhitzung durch einen Kohlenstofffaser-Haaransatz (autorisiert)
Patenterfinder: Su Hongming, Zhang Yonggang, Yu Shuixin, Wo Junkang, Artikel Apfel
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zum Vorhersagen der Oberflächentemperatur eines Kohlenstofffaser-Haaransatzes nach dem Erhitzen, wobei ein mathematisches Modellverfahren zum Vorhersagen der Oberflächentemperatur des Kohlenstofffaser-Haaransatzes nach dem Erhitzen verwendet wird, und wobei dieses Verfahren zum Reduzieren der Kohlenstofffaser-Haaransatzverbindungen und zum Erhöhen der Länge des Kohlenstofffaser-Haaransatzes verwendet wird, um die Auswirkungen einer einfachen Konstruktion, verbesserter Sicherheit und Ästhetik sowie reduzierter Kosten und eines geringeren Gewichts zu erreichen.