Isolamento de fibra de carbono - Tudo o que você deve saber

O isolamento de fibra de carbono, como um tipo de material de alto desempenho, desempenha um papel fundamental em muitos campos. Com o progresso contínuo da ciência e da tecnologia, o desempenho dos materiais isolantes é cada vez mais exigido. A fibra de carbono, devido às suas propriedades físicas e químicas exclusivas, tornou-se um ponto importante na pesquisa de materiais isolantes.

O que é isolamento de fibra de carbono?

O isolamento de fibra de carbono é um tipo de material que usa a fibra de carbono como componente principal e tem excelente desempenho de isolamento em virtude do design estrutural exclusivo e do tratamento do processo. A fibra de carbono é composta de átomos de carbono, com um carbono de mais de 90%. Com um diâmetro de 5 a 10 mícrons, sua microestrutura é em camadas e os átomos de carbono são conectados por ligações covalentes. Após um processo especial, as fibras de carbono formam lacunas e estruturas específicas. Elas não apenas impedem que os elétrons se movimentem livremente, mas também bloqueiam efetivamente a condução de eletricidade. Esse material não só tem excelentes propriedades de isolamento, mas também tem alta resistência, alto módulo e outras características. E pode ser amplamente utilizado nos campos aeroespacial, eletrônico e elétrico. Ele garante a operação estável de vários tipos de equipamentos.

A fibra de carbono é um bom isolante?

Fibra de carbono não é um bom condutor e tem certas propriedades de isolamento, mas, em aplicações práticas, há muitos fatores que afetam suas propriedades de isolamento. Diferentes métodos de tratamento de superfície alteram a distribuição de carga e a rugosidade da superfície e afetam o desempenho do isolamento. Os níveis de impureza também podem interferir na condução de elétrons e reduzir o isolamento. Por exemplo, em alguns dispositivos eletrônicos de alta precisão, a fibra de carbono requer tratamento especial, como revestimento ou modificação química. Para atender aos requisitos de isolamento. Entretanto, no ambiente comum, a fibra de carbono pode atender às necessidades gerais de isolamento. E suas características de alta resistência e leveza fazem com que seja amplamente utilizada em muitos campos.

O princípio básico dos materiais de isolamento de fibra de carbono

A estrutura e a composição da fibra de carbono

A fibra de carbono é composta principalmente de átomos de carbonoe seus átomos estão dispostos em uma estrutura em camadas. Essa estrutura confere à fibra de carbono alta resistência e módulo. Na microestrutura da fibra de carbono, os átomos de carbono são conectados uns aos outros por meio de ligações covalentes, formando uma estrutura cristalina estável.

Princípio de isolamento

O princípio de isolamento dos materiais isolantes de fibra de carbono baseia-se principalmente em sua estrutura eletrônica interna. Como os elétrons na camada externa do átomo de carbono estão em um estado estável, não é fácil movê-los livremente. Assim, ele impede a condução de corrente. Além disso, os espaços vazios e a estrutura dentro da fibra de carbono também ajudam a reduzir a influência dos campos elétricos. Melhorando ainda mais o desempenho do isolamento.

Características dos materiais de isolamento de fibra de carbono

Propriedades físicas

Densidade: Tem uma baixa densidade de cerca de 1,7-2,0 g/cm³, o que o torna uma vantagem em aplicações sensíveis ao peso.

Forma: Apresenta filamentos ou feixes, com boa flexibilidade e capacidade de processamento.

Propriedades químicas

Resistência à corrosão: Tem boa estabilidade química e pode resistir à erosão da maioria das substâncias químicas.

Resistência à oxidação: Sob certas condições, ele pode resistir à oxidação e manter seu desempenho estável.

Desempenho elétrico

Resistência de isolamento: O isolamento de fibra de carbono tem uma alta resistência de isolamento e pode impedir efetivamente a condução de corrente.

Constante dielétrica: sua constante dielétrica é relativamente baixa e tem bom desempenho sob campos elétricos de alta frequência.

Propriedades mecânicas

Resistência: Possui alta resistência e módulo, podendo suportar forças externas maiores.

Dureza: Embora mantenha alta resistência, a fibra de carbono também tem uma certa tenacidade e não é fácil de quebrar.

Método de preparação de materiais de isolamento de fibra de carbono

Seleção de matéria-prima e pré-tratamento

A seleção de matérias-primas é muito importante para o desempenho dos materiais de isolamento de fibra de carbono. E a alta pureza e a alta resistência são fundamentais. A alta pureza reduz o impacto das impurezas nas propriedades de isolamento. E a alta resistência garante que o material não seja facilmente danificado por forças externas. Por exemplo, a fibra de carbono de alto desempenho à base de PAN é frequentemente selecionada no campo aeroespacial. Ela tem alto teor de carbono e boas propriedades mecânicas.

O pré-tratamento inclui principalmente a limpeza das impurezas da superfície, o tratamento de ativação que introduz grupos ativos, aumentando a força de ligação com a resina. Como o tratamento de oxidação para formar o grupo hidroxila e melhorar a infiltração.

Processo de moldagem

A moldagem é um método de preparação comum. A fibra de carbono e a resina são misturadas uniformemente em proporção, e a resina é usada como aglutinante. E o molde é colocado na moldagem por pressão. Ajuste a pressão e o tempo de acordo com as características do material e o projeto do molde. E cure a resina termofixa em uma determinada temperatura para garantir as propriedades mecânicas e isolantes do material. Sua vantagem é o controle preciso da forma e do tamanho, adequado para a produção em massa.

O molde de enrolamento com tecnologia de enrolamento de fibra de carbono forma uma estrutura específica no molde. A disposição da fibra e o ângulo de enrolamento afetam o desempenho, geralmente em espiral ou circular, de modo que a fibra seja distribuída uniformemente. É necessário um equipamento especial para controlar a tensão e a velocidade da fibra e curar a camada enrolada para formar uma ligação estável. Esse método pode aproveitar ao máximo as propriedades mecânicas da fibra de carbono. E é adequado para a fabricação de produtos cilíndricos e tubulares, como lâminas de motores aeronáuticos e tubos.

Controle de qualidade e testes

As propriedades físicas testam a densidade, a porosidade e o diâmetro da fibra dos materiais de isolamento de fibra de carbono. A densidade e a porosidade afetam o isolamento e as propriedades mecânicas; a alta porosidade reduzirá as propriedades e a resistência do isolamento. O diâmetro da fibra afeta a estabilidade das propriedades do material.

Teste de desempenho elétrico para detectar a resistência do isolamento, a constante dielétrica e a tensão de ruptura. A resistência do isolamento mede o desempenho do isolamento, a constante dielétrica reflete o grau de polarização do campo elétrico. E a tensão de ruptura avalia o desempenho e a segurança do isolamento.

As propriedades mecânicas testam a resistência à tração, à flexão e ao cisalhamento. Esses indicadores refletem o comportamento mecânico do material sob tensão e podem avaliar a qualidade e a confiabilidade do material.

O controle de qualidade deve ser rigorosamente testado de acordo com as especificações padrão, analisar as causas de produtos não qualificados e aprimorá-las. Otimizar processos e métodos para garantir padrões de desempenho.

Aplicação de materiais de isolamento de fibra de carbono

Área aeroespacial

No campo aeroespacial, ele pode ser amplamente utilizado em componentes estruturais de aeronaves, equipamentos eletrônicos e assim por diante. Suas características de leveza e alta resistência podem melhorar o desempenho e a segurança das aeronaves.

Campos elétricos e eletrônicos

Nos campos elétrico e eletrônico, pode ser usado na fabricação de fios, cabos, buchas isolantes, etc. Seu bom desempenho de isolamento e sua capacidade de interferência antieletromagnética podem garantir a operação normal de equipamentos eletrônicos.

Setor de energia

No campo da energia, pode ser usado para isolar peças de geração de energia eólica, geração de energia solar e outros equipamentos. Suas propriedades de resistência a intempéries e isolamento melhoram a eficiência e a confiabilidade dos equipamentos de energia.

Outras áreas

Você também pode usar amplamente o isolamento de fibra de carbono em automotivoconstrução, esportes e outros campos. Por exemplo, as partes isolantes da carroceria do carro, os materiais de isolamento do prédio etc.

Conclusão

Como um tipo de material com propriedades exclusivas, o isolamento de fibra de carbono tem amplas perspectivas de aplicação em vários campos. Por meio de um estudo aprofundado de seu princípio, características e métodos de preparação, seu desempenho pode ser continuamente otimizado para atender às necessidades de diferentes campos. Com o desenvolvimento contínuo da ciência e da tecnologia, os materiais de isolamento de fibra de carbono desempenharão um papel importante em mais campos e contribuirão. E, em seguida, promoverão o desenvolvimento de vários setores.