لماذا تنشيط ألياف الكربون لإعداد مركبات ألياف الكربون؟

في عصر اليوم من التقدم التكنولوجي السريع ، تصنع مركبات ألياف الكربون اسمًا لأنفسهم في مجموعة واسعة من الحقول بسبب أدائها المتفوق. من التطبيقات الراقية في الفضاء إلى الاحتياجات اليومية للسلع الرياضية ، أظهرت مركبات ألياف الكربون إمكانات كبيرة. ومع ذلك ، لإعداد مركبات ألياف الكربون عالية الأداء ، علاج تنشيط منألياف الكربونهي خطوة حاسمة.

 صورة مجهر إلكترون سطح الكربون

ألياف الكربون ، وهي مادة ألياف عالية الأداء ، لها العديد من الخصائص المقنعة. وهي تتألف بشكل أساسي من الكربون ولديه بنية خيوطية ممدودة. من وجهة نظر بنية السطح ، يكون سطح ألياف الكربون سلسًا نسبيًا وله مجموعات وظيفية نشطة أقل. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه أثناء تحضير ألياف الكربون ، فإن كربنة درجة الحرارة العالية والعلاجات الأخرى تجعل سطح ألياف الكربون يمثل حالة خاملة أكثر. تجلب هذه الخاصية السطحية سلسلة من التحديات لإعداد مركبات ألياف الكربون.

السطح الأملس يجعل الرابطة بين ألياف الكربون ومواد المصفوفة ضعيفة. في إعداد المركبات ، من الصعب على مادة المصفوفة تشكيل رابطة قوية على سطحألياف الكربونمما يؤثر على الأداء الكلي للمادة المركبة. ثانياً ، يحد عدم وجود مجموعات وظيفية نشطة التفاعل الكيميائي بين ألياف الكربون ومواد المصفوفة. هذا يجعل الترابط بين الوجه بين الاثنين يعتمد بشكل أساسي على التأثيرات المادية ، مثل التضمين الميكانيكي ، وما إلى ذلك ، والذي لا يكون مستقرًا بدرجة كافية ويعرضة للفصل عند تعريضه للقوى الخارجية.

مخطط تخطيطي للطبقة البينية لقطعة قماش ألياف الكربون بواسطة أنابيب الكربون النانوية

من أجل حل هذه المشكلات ، يصبح علاج تفعيل ألياف الكربون ضروريًا. المنشطألياف الكربونإظهار تغييرات كبيرة في عدة جوانب.

علاج التنشيط يزيد من خشونة سطح ألياف الكربون. من خلال الأكسدة الكيميائية ، ومعالجة البلازما وطرق أخرى ، يمكن حفر الحفر والأخاديد الصغيرة في سطح ألياف الكربون ، مما يجعل السطح خشنًا. يزيد هذا السطح الخشن من منطقة التلامس بين ألياف الكربون ومواد الركيزة ، مما يحسن الرابطة الميكانيكية بين الاثنين. عندما تكون مادة المصفوفة مرتبطة بألياف الكربون ، فإنها أكثر قدرة على تضمين نفسها في هذه الهياكل الخشنة ، وتشكل رابطة أقوى.

يمكن لعلاج التنشيط إدخال وفرة من المجموعات الوظيفية التفاعلية على سطح ألياف الكربون. يمكن لهذه المجموعات الوظيفية أن تتفاعل كيميائيًا مع المجموعات الوظيفية المقابلة في مادة المصفوفة لتشكيل روابط كيميائية. على سبيل المثال ، يمكن لعلاج الأكسدة إدخال مجموعات الهيدروكسيل ومجموعات الكربوكسيل والمجموعات الوظيفية الأخرى على سطح ألياف الكربون ، والتي يمكن أن تتفاعل معالايبوكسيمجموعات في مصفوفة الراتنج وما إلى ذلك لتشكيل روابط تساهمية. إن قوة هذا الترابط الكيميائي أعلى بكثير من قوة الترابط الفيزيائي ، مما يحسن بشكل كبير من قوة الترابط بين الأدوات بين ألياف الكربون ومواد المصفوفة.

تزداد الطاقة السطحية لألياف الكربون المنشطة أيضًا بشكل كبير. إن الزيادة في الطاقة السطحية تجعل من السهل على ألياف الكربون أن يتم ترطيبها بواسطة مادة المصفوفة ، مما يسهل انتشار واختراق مادة المصفوفة على سطح ألياف الكربون. في عملية إعداد المركبات ، يمكن توزيع مادة المصفوفة بالتساوي حول ألياف الكربون لتشكيل بنية أكثر كثافة. هذا لا يحسن الخصائص الميكانيكية للمادة المركبة فحسب ، بل يعمل أيضًا على تحسين خصائصه الأخرى ، مثل مقاومة التآكل والاستقرار الحراري.

ألياف الكربون المنشط لها مزايا متعددة لإعداد مركبات ألياف الكربون.

من حيث الخصائص الميكانيكية ، قوة الترابط بين الوجهين بين المنشطألياف الكربونويتم تحسين مادة المصفوفة بشكل كبير ، مما يمكّن المركبات من نقل الضغوط بشكل أفضل عند تعريضها للقوى الخارجية. هذا يعني أن الخصائص الميكانيكية للمركبات مثل القوة والمعامل قد تحسنت بشكل كبير. على سبيل المثال ، في مجال الفضاء الجوي ، الذي يتطلب خصائص ميكانيكية عالية للغاية ، فإن أجزاء الطائرات المصنوعة من مركبات ألياف الكربون المنشطة قادرة على تحمل أحمال الطيران أكبر وتحسين سلامة وموثوقية الطائرة. في مجال السلع الرياضية ، مثل إطارات الدراجات ، ونوادي الجولف ، وما إلى ذلك ، يمكن أن توفر مركبات ألياف الكربون المنشطة قوة وتصلب أفضل ، مع تقليل الوزن وتحسين تجربة الرياضيين.

من حيث مقاومة التآكل ، نظرًا لإدخال مجموعات وظيفية تفاعلية على سطح ألياف الكربون المنشطة ، يمكن أن تشكل هذه المجموعات الوظيفية رابطة كيميائية أكثر استقرارًا مع مادة المصفوفة ، وبالتالي تحسين مقاومة التآكل للمركبات. في بعض الظروف البيئية القاسية ، مثل البيئة البحرية ، والصناعة الكيميائية ، وما إلى ذلك ، المنشطمركبات ألياف الكربونيمكن أن تقاوم تآكل وسائل الإعلام المسببة للتآكل بشكل أفضل وتمديد عمر الخدمة. هذا ذو أهمية كبيرة لبعض المعدات والهياكل التي يتم استخدامها في البيئات القاسية لفترة طويلة.

من حيث الاستقرار الحراري ، يمكن أن يؤدي الترابط بين الألياف الكربونية المنشطة ومواد المصفوفة إلى تحسين الاستقرار الحراري للمركبات. في ظل بيئة درجة الحرارة العالية ، يمكن للمركبات الحفاظ على خصائص ميكانيكية أفضل واستقرار الأبعاد ، وأقل عرضة للتشوه والأضرار. وهذا يجعل مركبات ألياف الكربون المنشطة لها آفاق واسعة التطبيق في تطبيقات درجات الحرارة العالية ، مثل قطع غيار محرك السيارات وأجزاء نهاية محرك الطيران الساخن.

فيما يتعلق بأداء المعالجة ، زادت ألياف الكربون المنشطة من النشاط السطحي وتوافق أفضل مع مادة المصفوفة. هذا يجعل من السهل على مادة المصفوفة التسلل وعلاج على سطح ألياف الكربون أثناء تحضير المادة المركبة ، وبالتالي تحسين كفاءة المعالجة وجودة المنتج. في الوقت نفسه ، يتم أيضًا تعزيز قابلية تصميم مركبات ألياف الكربون المنشطة ، مما يسمح بتخصيصها لتطبيقات مختلفة وتلبية مجموعة متنوعة من المتطلبات الهندسية المعقدة.

لذلك ، علاج تنشيطألياف الكربونهو رابط رئيسي في إعداد مركبات ألياف الكربون عالية الأداء. من خلال علاج التنشيط ، يمكن تحسين التركيب السطحي لألياف الكربون لزيادة خشونة السطح ، وإدخال مجموعات وظيفية نشطة ، وتحسين الطاقة السطحية ، وذلك لتحسين قوة الترابط بين الألياف بين ألياف الكربون ومواد المصفوفة ، ووضع الأساس لإعداد مركبات ألياف الكربون ذات الخصائص الميكانيكية الممتازة ، ومقاومة التآكل ، والاستقرار الحراري وأداء المعالجة. مع التقدم المستمر في العلوم والتكنولوجيا ، يُعتقد أن تكنولوجيا تنشيط ألياف الكربون ستستمر في الابتكار والتطوير ، مما يوفر دعمًا أقوى للتطبيق الواسع لمركبات ألياف الكربون.

شنغهاي أوريسن نيو مواد تكنولوجيا شركة ، المحدودة
M: +86 18683776368 (أيضا WhatsApp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
العنوان: No.398 New Green Road Xinbang Town District Songjiang ، Shanghai