У сённяшнюю эпоху імклівага тэхналагічнага прагрэсу кампазітныя матэрыялы з вугляроднага валакна робяць сабе імя ў самых розных галінах дзякуючы сваім выдатным характарыстыкам. Кампазіты з вугляроднага валакна паказалі вялікі патэнцыял, пачынаючы ад прымянення высокага класа ў аэракасмічнай сферы і заканчваючы штодзённымі патрэбамі ў спартыўных таварах. Тым не менш, для падрыхтоўкі высокапрадукцыйных кампазітаў з вугляроднага валакна, актывацыі лячэннявугляродныя валакнагэта важны крок.
Фота з электроннага мікраскопа паверхні вугляроднага валакна
Вугляроднае валакно, высокаэфектыўны валаконны матэрыял, валодае мноствам пераканаўчых уласцівасцей. Ён у асноўным складаецца з вугляроду і мае падоўжаную ніткападобную структуру. З пункту гледжання структуры паверхні паверхня вугляроднага валакна адносна гладкая і мае меншую колькасць актыўных функцыянальных груп. Гэта звязана з тым, што падчас падрыхтоўкі вугляродных валокнаў высокатэмпературная карбанізацыя і іншыя апрацоўкі робяць паверхню вугляродных валокнаў больш інэртным. Гэта ўласцівасць паверхні стварае шэраг праблем для падрыхтоўкі кампазітных матэрыялаў з вугляроднага валакна.
Гладкая паверхня робіць сувязь паміж вугляродным валакном і матэрыялам матрыцы слабой. Пры падрыхтоўцы кампазітаў матэрыялу матрыцы цяжка ўтварыць моцную сувязь на паверхнівугляроднае валакно, што ўплывае на агульныя характарыстыкі кампазітнага матэрыялу. Па-другое, адсутнасць актыўных функцыянальных груп абмяжоўвае хімічную рэакцыю паміж вугляроднымі валокнамі і матэрыяламі матрыцы. Гэта прымушае міжфазную сувязь паміж імі ў асноўным абапірацца на фізічныя эфекты, такія як механічнае ўбудаванне і г.д., якія часта недастаткова стабільныя і схільныя да раз'яднання пры ўздзеянні знешніх сіл.
Прынцыповая схема міжслойнага армавання вугляроднай тканіны вугляроднымі нанатрубкамі
Каб вырашыць гэтыя праблемы, неабходная актывацыйная апрацоўка вугляродных валокнаў. Актываванывугляродныя валакнапаказваюць істотныя змены ў некалькіх аспектах.
Актывацыйная апрацоўка павялічвае шурпатасць паверхні вугляродных валокнаў. З дапамогай хімічнага акіслення, плазменнай апрацоўкі і іншых метадаў на паверхні вугляродных валокнаў можна выгравіраваць малюсенькія ямкі і баразёнкі, што робіць паверхню шурпатай. Гэтая шурпатая паверхня павялічвае плошчу кантакту паміж вугляродным валакном і матэрыялам падкладкі, што паляпшае механічную сувязь паміж імі. Калі матэрыял матрыцы злучаны з вугляродным валакном, ён лепш убудоўваецца ў гэтыя шурпатыя структуры, утвараючы больш трывалую сувязь.
Актывацыйная апрацоўка можа ўвесці вялікую колькасць рэактыўных функцыянальных груп на паверхні вугляроднага валакна. Гэтыя функцыянальныя групы могуць хімічна рэагаваць з адпаведнымі функцыянальнымі групамі ў матэрыяле матрыцы, утвараючы хімічныя сувязі. Напрыклад, акісленне можа ўвесці гідраксільныя групы, карбаксільныя групы і іншыя функцыянальныя групы на паверхні вугляродных валокнаў, якія могуць рэагаваць зэпаксідныгрупы ў матрыцы смалы і гэтак далей з адукацыяй кавалентных сувязей. Трываласць гэтага хімічнага злучэння значна вышэйшая, чым трываласць фізічнага злучэння, што значна паляпшае трываласць памежнага злучэння паміж вугляродным валакном і матэрыялам матрыцы.
Павярхоўная энергія валакна з актываванага вугляроду таксама значна павялічваецца. Павелічэнне павярхоўнай энергіі палягчае змочванне вугляроднага валакна матэрыялам матрыцы, што спрыяе распаўсюджванню і пранікненню матэрыялу матрыцы на паверхню вугляроднага валакна. У працэсе падрыхтоўкі кампазітаў матэрыял матрыцы можа быць больш раўнамерна размеркаваны вакол вугляродных валокнаў для фарміравання больш шчыльнай структуры. Гэта не толькі паляпшае механічныя ўласцівасці кампазітнага матэрыялу, але і іншыя яго ўласцівасці, такія як каразійная ўстойлівасць і тэрмаўстойлівасць.
Актываваныя вугляродныя валакна маюць мноства пераваг для падрыхтоўкі кампазітных матэрыялаў з вугляроднага валакна.
З пункту гледжання механічных уласцівасцяў, памежная трываласць сувязі паміж актываванайвугляродныя валакнаі матэрыял матрыцы значна палепшаны, што дазваляе кампазітам лепш пераносіць напружання пры ўздзеянні знешніх сіл. Гэта азначае, што механічныя ўласцівасці кампазітаў, такія як трываласць і модуль, значна паляпшаюцца. Напрыклад, у аэракасмічнай галіне, дзе патрабуюцца надзвычай высокія механічныя ўласцівасці, дэталі самалётаў, вырабленыя з кампазітных матэрыялаў з актываванага вугляроду, здольныя вытрымліваць вялікія палётныя нагрузкі і павышаць бяспеку і надзейнасць самалёта. У галіне спартыўных тавараў, такіх як веласіпедныя рамы, клюшкі для гольфа і г.д., кампазітныя матэрыялы з актываванага вугляроднага валакна могуць забяспечыць лепшую трываласць і калянасць, адначасова зніжаючы вагу і паляпшаючы вопыт спартсменаў.
З пункту гледжання каразійнай устойлівасці, з-за ўвядзення рэактыўных функцыянальных груп на паверхні валокнаў з актываванага вугляроду гэтыя функцыянальныя групы могуць утвараць больш стабільную хімічную сувязь з матэрыялам матрыцы, тым самым паляпшаючы каразійную ўстойлівасць кампазітаў. У некаторых суровых умовах навакольнага асяроддзя, такіх як марская серада, хімічная прамысловасць і г.д., актывуеццакампазіт з вугляроднага валакнаможа лепш супрацьстаяць эрозіі агрэсіўных асяроддзяў і падоўжыць тэрмін службы. Гэта мае вялікае значэнне для некаторага абсталявання і канструкцый, якія працяглы час выкарыстоўваюцца ў суровых умовах.
З пункту гледжання тэрмічнай устойлівасці, добрае памежнае злучэнне паміж валакном з актываваным вугляродам і матэрыялам матрыцы можа палепшыць тэрмічную ўстойлівасць кампазітаў. Ва ўмовах высокай тэмпературы асяроддзі кампазіты могуць захоўваць лепшыя механічныя ўласцівасці і стабільнасць памераў і менш схільныя дэфармацыі і пашкоджанням. Гэта дазваляе кампазітным матэрыялам з актываванага вугляроднага валакна мець шырокія перспектывы прымянення ў прымяненні пры высокіх тэмпературах, напрыклад, у дэталях аўтамабільных рухавікоў і дэталях гарачых частак авіяцыйных рухавікоў.
З пункту гледжання прадукцыйнасці апрацоўкі, актываваныя вугляродныя валакна маюць павышаную павярхоўную актыўнасць і лепшую сумяшчальнасць з матэрыялам матрыцы. Гэта палягчае пранікненне матэрыялу матрыцы і яго зацвярдзенне на паверхні вугляроднага валакна падчас падрыхтоўкі кампазітнага матэрыялу, тым самым паляпшаючы эфектыўнасць апрацоўкі і якасць прадукцыі. У той жа час пашыраюцца канструктыўныя магчымасці кампазітных матэрыялаў з актываванага вугляроднага валакна, што дазваляе наладжваць іх для розных прыкладанняў і адпавядаць розным складаным інжынерным патрабаванням.
Такім чынам, лячэнне актывацыівугляродныя валакназ'яўляецца ключавым звяном у падрыхтоўцы высокаэфектыўных кампазітных матэрыялаў з вугляроднага валакна. З дапамогай актывацыйнай апрацоўкі структуру паверхні вугляроднага валакна можна палепшыць, каб павялічыць шурпатасць паверхні, увесці актыўныя функцыянальныя групы і палепшыць павярхоўную энергію, каб палепшыць трываласць сувязі паміж вугляродным валакном і матрычным матэрыялам і закласці аснову для падрыхтоўкі кампазітаў з вугляроднага валакна з выдатнымі механічнымі ўласцівасцямі, устойлівасцю да карозіі, тэрмічнай стабільнасцю і прадукцыйнасцю апрацоўкі. З бесперапынным прагрэсам навукі і тэхнікі лічыцца, што тэхналогія актывацыі вугляроднага валакна будзе працягваць укараняць інавацыі і развівацца, забяспечваючы больш моцную падтрымку для шырокага прымянення кампазітных матэрыялаў з вугляроднага валакна.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (таксама WhatsApp)
Тэл.: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Адрас: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Шанхай
Час публікацыі: 4 верасня 2024 г