מכון נינגבו לחומרים, סיבי פחמן בעלי ביצועים גבוהים וצוות החומרים המרוכבים שלו חוברת תוצאות מחקר - סיבי פחמן מתכתיים

מכון נינגבו לחומרים, האקדמיה הסינית למדעים, סיבי פחמן בעלי ביצועים גבוהים וצוות הרכיבים המרוכבים שלו (שנודע בעבר כמכון נינגבו לחומרים, האקדמיה הסינית למדעים, חטיבת סיבים מיוחדים, יכונה להלן "מכון נינגבו לחומרים, צוות סיבי פחמן ") הוקמה בשנת 2008, תוך התמקדות בלוקליזציה של סיבי פחמן בעלי ביצועים גבוהים של מחקר ופיתוח טכנולוגיים, לאחר יותר מ-10 שנות פיתוח, הצוות מסתמך על המעבדה הלאומית להנדסה של ועדת הפיתוח והרפורמה, בדיקות ואפיון סיבי פחמן הפלטפורמה של ועדת הפיתוח והרפורמה, מעבדת ההנדסה המחוזית של ג'ה-ג'יאנג ופלטפורמות אחרות ליצירת מערכת טכנית עם זכויות קניין רוחני עצמאיות לחלוטין של שלושה תחומים עיקריים לאחר יותר מעשר שנות פיתוח, הצוות יצר שלוש מערכות טכניות מרכזיות עם זכויות קניין רוחני עצמאיות לחלוטין. זכויות קניין רוחני, בהסתמכות על המעבדה הלאומית להנדסה לפיתוח ורפורמה (NDRC), פלטפורמת הבדיקה והאפיון של סיבי פחמן של NDRC, ומעבדת ההנדסה של מחוז ג'ג'יאנג:
טכנולוגיית הכנת סיבי פחמן בעלת ביצועים גבוהים: לצוות יש את המעבדה הלאומית להנדסה לטכנולוגיית הכנת סיבי פחמן של NDRC, את המעבדה המחוזית להנדסה של ג'ה-ג'יאנג לטכנולוגיית תיעוש סיבי פחמן עם ביצועים גבוהים (מרכז המחקר) ופלטפורמות אחרות, ועשתה פריצות דרך בהכנת מפתח טכנולוגיות של סיבי פחמן בדרגה T800- ו-T1000- בדרגת חוזק גבוה ובינוני, וטכנולוגיות הכנה מרכזיות של M40J, M50J, M55J, M60J ו-M65J בעלי חוזק גבוה סיבי פחמן עם מודולס גבוה. טכנולוגיית הכנת מפתח של M40J, M50J, M55J, M60J, M65J סיבי פחמן חוזק גבוה ומצב גבוה, כמו גם טכנולוגיית המפתח של הדור החדש של סיבי פחמן בעלי חוזק גבוה, מצב גבוה וסיומת גבוהה של M30X, סוג M40X, M50X, M55X.
טכנולוגיית בדיקות ואפיון סיבים בעלי ביצועים גבוהים: הצוות הוא הבעלים של פלטפורמת הבדיקות והאפיון של סיבי פחמן של הוועדה הלאומית לפיתוח ורפורמה, ו"פלטפורמת בדיקות הכנה ואפיון סיבים בעלי ביצועים גבוהים (Ningbo) של איגוד תעשיית הסיבים הכימיים בסין. ועוד. הצוות הקים ושיפר מערכת בדיקה מקצועית לבדיקת סיבי פחמן בביצועים גבוהים, ופיתח את הטכנולוגיות הבאות: סיבי סיליקון קרביד, סיבי ארמיד, סיבי פוליאמיד, סיבי זכוכית, סיבי בזלת וסיבי פוליקרבונט. פיתחנו מגוון שיטות בדיקת סיבים המכסות סיבי סיליקון קרביד, סיבי ארמיד, סיבי פוליאמיד, סיבי זכוכית, סיבי בזלת ושיטות בדיקת סיבים אחרות, תוך מתן שירותי בדיקה ואפיון לעשרות ארגונים מקומיים, מוסדות ומכללות ואוניברסיטאות למחקר מדעי.
תהליך וטכנולוגיית עיבוד סיבים קדם-פרג: לצוות יש ביצועים מקצועיים ופלטפורמת ייצור של סיבים קדם-פרג, שיכולה לבצע סוגים שונים של הערכה ושירותי ייצור של תהליכי הכנה של סיבי פחמן, בהתבסס על הביקוש ל-prepreg דק במיוחד. בתחומים שונים, בינואר 2024, הפלטפורמה פיתחה בהצלחה שני דגמים של סיבי פחמן CNI QM40 (דרגת M40J) ו-CNI QM55 (כיתה M55J). Prepregs דקים במיוחד, יוצרים יכולת ייצור אצווה, בנוסף למתן שירותים כגון תכנון מבני, ניתוח ועיבוד של חומרים מרוכבים שונים.
בנוסף לטכנולוגיות הנ"ל, צוות סיבי הפחמן של NIMR פיתח גם סדרה של מוצרים טכניים כגון סיבי פחמן מבוססי אקריליק בעלות נמוכה, סיבי פחמן מתכתיים, חומרי התאמה תרמופלסטיים עמידים בטמפרטורה גבוהה, וחומרי שמן משי גולמי על מנת לענות על צרכי הלקוחות. גיליון זה מציג את טכנולוגיית סיבי הפחמן המצופים במתכת.
1 רקע טכנולוגי
בשל תכונותיו המצוינות כגון חוזק גבוה, מודולוס גבוה ועמידות בפני קורוזיה, סיבי פחמן מבוססי PAN נמצאים בשימוש נרחב ברכיבי מטריצות שרף, מרוכבים מטריצות קרמיות וחומרי מטריצת מתכת. על ידי שימוש בסיבי פחמן לחיזוק מטריצת המתכת, הוא יכול לשפר את התכונות המכניות של החומר המרוכב, אך גם לשמור על היתרון של משקל קל, כך שיש לו מגוון רחב של אפשרויות ליישום בתעשיות התעופה והרכב.
נכון להיום, קיימת בעיה כללית של הרטבה ירודה בין סיבי פחמן למטריצת מתכת, לדוגמה, בחומרי מטריצת אלומיניום מחוזקים בסיבי פחמן, קשה להסתנן במלואו להמסת אלומיניום לגרר סיבי הפחמן, כך שהוא מחובר בצורה גרועה לממשק. עם המטריצה, וסיבי הפחמן אינם יכולים לשחק אפקט חיזוק, אשר מגביל את הרחבת השדה של חומרים מרוכבים מתכת מחוזקים בסיבי פחמן.
שיטת אלקטרוניקה יכולה להפקיד שכבת מתכת על פני השטח של סיבי פחמן במהירות גבוהה, בהשוואה לסיבי פחמן עם מודול סטנדרטי T300/T700, סיבי פחמן עם מודול בינוני T800/T1000, סיבי פחמן עם מודול גבוה עם תכולת פחמן של יותר מ-99%, המוליכות היא ברור שזה טוב יותר, וזה תורם יותר לתצהיר המתכת בציפוי אלקטרוני.

2 תכונות טכניות
לצוות Ningbo Institute of Materials ו-Carbon Fiber יש סט שלם של ציוד התקנת משטח מתמשך, עם מחקר ופיתוח עצמאי של סיבי פחמן עם מודולוס גבוה כחומר גלם, פיתח טכנולוגיית ציפוי מתכת מקוונת של סיבי פחמן.

לאחר טיפול בציפוי אלקטרוכימי ניתן להכניס באופן אחיד על פני השטח של הסיבים ניקל, נחושת, אלומיניום וסוגים שונים אחרים של ציפוי מתכת, ניתן לשלוט בעובי הציפוי; במקביל, המאפיינים המכניים של סיבי הפחמן המטופלים כמעט ללא אובדן, והמוליכות משתפרת מאוד. ההתנגדות של סיבי פחמן מתכתיים נבדקה לנמוכה של עד 2 אוהם למטר; טכנולוגיה זו חלה על מתכת של 1-24סיבי פחמן גרר K.
יישומים פוטנציאליים: סיבי פחמן מתכתיים יכולים לענות על הצרכים של שדות תעופה וחלל כגון אנטנות, חיישנים, מיגון אלקטרומגנטי, שדות אנרגיה כגון רוטורים של מנוע מהיר, חומרי חימום חשמליים וחוטים רפואיים.

3 פטנטים ליבה ושיטות שיתוף פעולה
1), פטנט המצאה CN114775274A שיטה ומכשיר למתכת משטח מתמשכת של סיבי פחמן (מורשה)
ממציאי פטנטים: Qian Xin, Ma Hongbo, Jin Lu, Zhang Yonggang, Wang Xuefei, Zhong Junjun, Zhi Jianhai

ההמצאה הנוכחית מתייחסת לתחום הטכני של טיפול משטח סיבי פחמן, וחושפת שיטה ומכשיר למתכת משטח מתמשכת של סיבי פחמן, שיכולים לממש הכנה רציפה של מתכת משטח סיבי פחמן, עם ציוד פשוט ומחזור טיפול קצר.
2), פטנט של המצאה CN112861337B שיטה לניבוי טמפרטורת פני השטח של סיבי פחמן לאחר חימום על ידי קו שיער של סיבי פחמן (מורשה)
ממציא פטנטים: Su Hongming, Zhang Yonggang, Yu Shuixin, Wo Junkang, article apple
ההמצאה הנוכחית חושפת שיטה לניבוי טמפרטורת פני השטח של קו שיער סיבי פחמן לאחר חימום, תוך שימוש בשיטת מודל מתמטי לניבוי טמפרטורת פני השטח של קו השיער של סיבי פחמן לאחר חימום, ושימוש בשיטה זו להפחתת מפרקי קו השיער של סיבי פחמן ולשיפור אורך קו השיער של סיבי פחמן כדי להשיג את ההשפעות של בנייה פשוטה, בטיחות ואסתטיקה משופרת, והפחתת עלות ומשקל.