في عصر التقدم التكنولوجي السريع الذي نعيشه اليوم، تصنع مركبات ألياف الكربون اسمًا لنفسها في مجموعة واسعة من المجالات نظرًا لأدائها المتفوق. من التطبيقات المتطورة في مجال الطيران إلى الاحتياجات اليومية للسلع الرياضية، أظهرت مركبات ألياف الكربون إمكانات كبيرة. ومع ذلك، لإعداد مركبات ألياف الكربون عالية الأداء، يجب معالجة التنشيطألياف الكربونهي خطوة حاسمة.
صورة المجهر الإلكتروني لسطح ألياف الكربون
تتمتع ألياف الكربون، وهي مادة ألياف عالية الأداء، بالعديد من الخصائص الجذابة. يتكون بشكل رئيسي من الكربون وله بنية خيطية ممدودة. من وجهة نظر هيكل السطح، يكون سطح ألياف الكربون سلسًا نسبيًا ويحتوي على عدد أقل من المجموعات الوظيفية النشطة. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه أثناء تحضير ألياف الكربون، فإن الكربنة ذات درجة الحرارة العالية وغيرها من المعالجات تجعل سطح ألياف الكربون في حالة أكثر خاملة. تجلب هذه الخاصية السطحية سلسلة من التحديات لإعداد مركبات ألياف الكربون.
السطح الأملس يجعل الرابطة بين ألياف الكربون والمواد المصفوفة ضعيفة. عند تحضير المواد المركبة، من الصعب على مادة المصفوفة أن تشكل رابطة قوية على سطح المادةألياف الكربونمما يؤثر على الأداء العام للمادة المركبة. ثانيًا، إن عدم وجود مجموعات وظيفية نشطة يحد من التفاعل الكيميائي بين ألياف الكربون والمواد الأساسية. وهذا يجعل الترابط السطحي بين الاثنين يعتمد بشكل أساسي على التأثيرات الفيزيائية، مثل التضمين الميكانيكي وما إلى ذلك، والذي غالبًا ما يكون غير مستقر بدرجة كافية ويكون عرضة للانفصال عند تعرضه لقوى خارجية.
رسم تخطيطي لتقوية الطبقات البينية لقماش ألياف الكربون بواسطة أنابيب الكربون النانوية
ومن أجل حل هذه المشاكل، يصبح من الضروري معالجة تنشيط ألياف الكربون. تفعيلهاألياف الكربونتظهر تغييرات كبيرة في عدة جوانب.
معالجة التنشيط تزيد من خشونة سطح ألياف الكربون. من خلال الأكسدة الكيميائية ومعالجة البلازما وطرق أخرى، يمكن حفر حفر وأخاديد صغيرة على سطح ألياف الكربون، مما يجعل السطح خشنًا. يزيد هذا السطح الخشن من مساحة الاتصال بين ألياف الكربون والمواد الأساسية، مما يحسن الرابطة الميكانيكية بين الاثنين. عندما يتم ربط مادة المصفوفة بألياف الكربون، فإنها تكون أكثر قدرة على دمج نفسها في هذه الهياكل الخشنة، وتشكيل رابطة أقوى.
يمكن أن يقدم علاج التنشيط وفرة من المجموعات الوظيفية التفاعلية على سطح ألياف الكربون. يمكن لهذه المجموعات الوظيفية أن تتفاعل كيميائيًا مع المجموعات الوظيفية المقابلة لها في مادة المصفوفة لتكوين روابط كيميائية. على سبيل المثال، يمكن أن تؤدي معالجة الأكسدة إلى إدخال مجموعات الهيدروكسيل ومجموعات الكربوكسيل ومجموعات وظيفية أخرى على سطح ألياف الكربون، والتي يمكن أن تتفاعل معالايبوكسيمجموعات في مصفوفة الراتنج وهكذا لتكوين روابط تساهمية. قوة هذا الترابط الكيميائي أعلى بكثير من الترابط الفيزيائي، مما يحسن بشكل كبير قوة الترابط بين ألياف الكربون والمواد المصفوفة.
كما تزداد الطاقة السطحية لألياف الكربون المنشط بشكل ملحوظ. تعمل الزيادة في الطاقة السطحية على تسهيل ترطيب ألياف الكربون بواسطة مادة المصفوفة، مما يسهل انتشار واختراق مادة المصفوفة على سطح ألياف الكربون. في عملية تحضير المواد المركبة، يمكن توزيع مادة المصفوفة بالتساوي حول ألياف الكربون لتشكيل بنية أكثر كثافة. وهذا لا يحسن الخواص الميكانيكية للمادة المركبة فحسب، بل يحسن أيضًا خصائصها الأخرى، مثل مقاومة التآكل والثبات الحراري.
تتمتع ألياف الكربون المنشط بمزايا متعددة لإعداد مركبات ألياف الكربون.
ومن حيث الخواص الميكانيكية، فإن قوة الترابط بين السطوح المفعلةألياف الكربونوتم تحسين مادة المصفوفة بشكل كبير، مما يمكّن المواد المركبة من نقل الضغوط بشكل أفضل عند تعرضها لقوى خارجية. وهذا يعني أن الخواص الميكانيكية للمركبات مثل القوة والمعامل قد تحسنت بشكل كبير. على سبيل المثال، في مجال الطيران، الذي يتطلب خصائص ميكانيكية عالية للغاية، فإن أجزاء الطائرة المصنوعة من مركبات ألياف الكربون المنشط قادرة على تحمل أحمال طيران أكبر وتحسين سلامة وموثوقية الطائرة. في مجال السلع الرياضية، مثل إطارات الدراجات، ونوادي الجولف، وما إلى ذلك، يمكن لمركبات ألياف الكربون المنشط أن توفر قوة وصلابة أفضل، مع تقليل الوزن وتحسين تجربة الرياضيين.
فيما يتعلق بمقاومة التآكل، نظرًا لإدخال مجموعات وظيفية تفاعلية على سطح ألياف الكربون المنشط، يمكن لهذه المجموعات الوظيفية أن تشكل روابط كيميائية أكثر استقرارًا مع مادة المصفوفة، وبالتالي تحسين مقاومة المركبات للتآكل. في بعض الظروف البيئية القاسية، مثل البيئة البحرية والصناعات الكيماوية وغيرها، يتم تنشيطهامركبات ألياف الكربونيمكنها مقاومة تآكل الوسائط المسببة للتآكل بشكل أفضل وإطالة عمر الخدمة. وهذا له أهمية كبيرة بالنسبة لبعض المعدات والهياكل التي يتم استخدامها في البيئات القاسية لفترة طويلة.
فيما يتعلق بالثبات الحراري، يمكن أن يؤدي الترابط الجيد بين ألياف الكربون المنشط والمواد المصفوفة إلى تحسين الاستقرار الحراري للمركبات. في ظل بيئة درجة الحرارة المرتفعة، يمكن للمركبات الحفاظ على خصائص ميكانيكية أفضل واستقرار الأبعاد، وتكون أقل عرضة للتشوه والضرر. وهذا يجعل مركبات ألياف الكربون المنشط لها آفاق تطبيق واسعة في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية، مثل أجزاء محركات السيارات والأجزاء الساخنة لمحركات الطيران.
فيما يتعلق بأداء المعالجة، زادت ألياف الكربون المنشط من نشاط السطح وتوافق أفضل مع مادة المصفوفة. وهذا يجعل من السهل على مادة المصفوفة التسلل والمعالجة على سطح ألياف الكربون أثناء تحضير المادة المركبة، وبالتالي تحسين كفاءة المعالجة وجودة المنتج. وفي الوقت نفسه، تم أيضًا تحسين إمكانية تصميم مركبات ألياف الكربون المنشط، مما يسمح بتخصيصها لتطبيقات مختلفة وتلبية مجموعة متنوعة من المتطلبات الهندسية المعقدة.
وبالتالي فإن العلاج التنشيطيألياف الكربونيعد رابطًا رئيسيًا في تحضير مركبات ألياف الكربون عالية الأداء. من خلال معالجة التنشيط، يمكن تحسين البنية السطحية لألياف الكربون لزيادة خشونة السطح، وإدخال مجموعات وظيفية نشطة، وتحسين الطاقة السطحية، وذلك لتحسين قوة الترابط البيني بين ألياف الكربون ومواد المصفوفة، ووضع الأساس. لتحضير مركبات ألياف الكربون ذات الخواص الميكانيكية الممتازة، ومقاومة التآكل، والاستقرار الحراري، وأداء المعالجة. مع التقدم المستمر للعلوم والتكنولوجيا، يُعتقد أن تكنولوجيا تنشيط ألياف الكربون ستستمر في الابتكار والتطوير، مما يوفر دعمًا أقوى للتطبيق الواسع لمركبات ألياف الكربون.
شركة شنغهاي أوريسين لتكنولوجيا المواد الجديدة المحدودة
م: +86 18683776368 (أيضًا واتساب)
هاتف: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
العنوان: رقم 398 الطريق الأخضر الجديد، مدينة شينبانغ، منطقة سونغجيانغ، شنغهاي
وقت النشر: 04 سبتمبر 2024