U današnjoj eri brzog tehnološkog napretka, kompoziti od karbonskih vlakana stvaraju ime u širokom spektru polja zbog svojih vrhunskih performansi. Od vrhunskih aplikacija u vazduhoplovstvu do svakodnevnih potreba za sportskom opremom, kompoziti od ugljeničnih vlakana pokazali su veliki potencijal. Međutim, za pripremu kompozita od karbonskih vlakana visokih performansi, aktivacijski tretmankarbonska vlaknaje presudan korak.
Slika površine karbonskih vlakana elektronskim mikroskopom
Ugljična vlakna, vlaknasti materijal visokih performansi, imaju mnoga uvjerljiva svojstva. Uglavnom se sastoji od ugljika i ima izduženu filamentarnu strukturu. Sa stanovišta površinske strukture, površina karbonskih vlakana je relativno glatka i ima manje aktivnih funkcionalnih grupa. To je zbog činjenice da tokom pripreme karbonskih vlakana, visokotemperaturna karbonizacija i drugi tretmani čine da površina karbonskih vlakana bude u inertnijem stanju. Ovo svojstvo površine donosi niz izazova za pripremu kompozita od karbonskih vlakana.
Glatka površina čini vezu između karbonskih vlakana i materijala matrice slabom. U pripremi kompozita, materijalu matriksa je teško da formira jaku vezu na površinikarbonska vlakna, što utiče na ukupne performanse kompozitnog materijala. Drugo, nedostatak aktivnih funkcionalnih grupa ograničava kemijsku reakciju između karbonskih vlakana i materijala matriksa. Ovo čini da se međufazna veza između njih dvoje uglavnom oslanja na fizičke efekte, kao što je mehaničko ugrađivanje, itd., koje često nije dovoljno stabilno i sklono je razdvajanju kada je izloženo vanjskim silama.
Šematski dijagram međuslojnog ojačanja tkanine od karbonskih vlakana karbonskim nanocijevima
Kako bi se riješili ovi problemi, aktivacijski tretman karbonskih vlakana postaje neophodan. Aktiviranokarbonska vlaknapokazuju značajne promjene u nekoliko aspekata.
Aktivacijski tretman povećava hrapavost površine karbonskih vlakana. Kroz hemijsku oksidaciju, tretman plazmom i druge metode, sitne rupice i žljebovi se mogu urezati u površinu karbonskih vlakana, čineći površinu grubom. Ova hrapava površina povećava površinu kontakta između karbonskih vlakana i materijala podloge, što poboljšava mehaničku vezu između njih. Kada je materijal matrice vezan za karbonska vlakna, on je u stanju da se bolje ugradi u ove grube strukture, formirajući jaču vezu.
Aktivacijski tretman može uvesti obilje reaktivnih funkcionalnih grupa na površini karbonskih vlakana. Ove funkcionalne grupe mogu hemijski reagovati sa odgovarajućim funkcionalnim grupama u materijalu matriksa da formiraju hemijske veze. Na primjer, oksidacijski tretman može uvesti hidroksilne grupe, karboksilne grupe i druge funkcionalne grupe na površinu ugljičnih vlakana, koje mogu reagirati sepoksigrupe u matrici smole i tako dalje da formiraju kovalentne veze. Snaga ovog kemijskog povezivanja je mnogo veća od one kod fizičkog vezivanja, što uvelike poboljšava međufaznu čvrstoću veze između karbonskih vlakana i materijala matriksa.
Površinska energija vlakana od aktivnog ugljena također se značajno povećava. Povećanje površinske energije olakšava kvašenje karbonskih vlakana matričnim materijalom, čime se olakšava širenje i prodiranje materijala matriksa na površinu karbonskih vlakana. U procesu pripreme kompozita, materijal matrice se može ravnomjernije rasporediti oko karbonskih vlakana kako bi se formirala gušća struktura. Ovo ne samo da poboljšava mehanička svojstva kompozitnog materijala, već i poboljšava njegova druga svojstva, kao što su otpornost na koroziju i termička stabilnost.
Vlakna od aktivnog ugljena imaju višestruke prednosti za pripremu kompozita od karbonskih vlakana.
U smislu mehaničkih svojstava, međufazna čvrstoća veze između aktiviranihkarbonska vlaknaa materijal matrice je znatno poboljšan, što kompozitima omogućava bolji prijenos napona kada su izloženi vanjskim silama. To znači da su mehanička svojstva kompozita kao što su čvrstoća i modul značajno poboljšana. Na primjer, u vazduhoplovstvu, koje zahtijeva izuzetno visoka mehanička svojstva, dijelovi aviona izrađeni od kompozita od aktivnih ugljičnih vlakana mogu izdržati veća opterećenja u letu i poboljšati sigurnost i pouzdanost aviona. U oblasti sportske opreme, kao što su okviri za bicikle, palice za golf, itd., kompoziti od aktivnih ugljičnih vlakana mogu pružiti bolju snagu i krutost, uz smanjenje težine i poboljšanje iskustva sportista.
Što se tiče otpornosti na koroziju, zbog uvođenja reaktivnih funkcionalnih grupa na površinu vlakana od aktivnog ugljena, ove funkcionalne grupe mogu formirati stabilnije hemijske veze sa materijalom matrice, čime se poboljšava otpornost kompozita na koroziju. U nekim teškim uvjetima okoliša, kao što je morsko okruženje, hemijska industrija itd., aktivira sekompoziti od karbonskih vlakanamože bolje odoljeti eroziji korozivnih medija i produžiti vijek trajanja. Ovo je od velikog značaja za neku opremu i strukture koje se dugo koriste u teškim okruženjima.
U smislu termičke stabilnosti, dobra međufazna veza između aktivnih ugljičnih vlakana i matričnog materijala može poboljšati termičku stabilnost kompozita. U okruženju visoke temperature, kompoziti mogu održati bolja mehanička svojstva i stabilnost dimenzija, te su manje skloni deformacijama i oštećenjima. Ovo čini da kompoziti od aktivnih ugljičnih vlakana imaju široku perspektivu primjene u primjenama na visokim temperaturama, kao što su dijelovi motora za automobile i vrući dijelovi avio motora.
U pogledu performansi obrade, vlakna od aktivnog ugljena imaju povećanu površinsku aktivnost i bolju kompatibilnost sa materijalom matriksa. Ovo olakšava matričnom materijalu da se infiltrira i očvrsne na površini karbonskih vlakana tokom pripreme kompozitnog materijala, čime se poboljšava efikasnost obrade i kvalitet proizvoda. Istovremeno, poboljšana je mogućnost dizajna kompozita od aktivnih ugljičnih vlakana, što im omogućava da se prilagode za različite primjene i da zadovolje niz složenih inženjerskih zahtjeva.
Stoga, aktivacijski tretman odkarbonska vlaknaje ključna karika u pripremi kompozita od karbonskih vlakana visokih performansi. Kroz aktivacijski tretman, površinska struktura karbonskih vlakana može se poboljšati kako bi se povećala hrapavost površine, uvele aktivne funkcionalne grupe i poboljšala površinska energija, kako bi se poboljšala čvrstoća međufazne veze između karbonskih vlakana i matričnog materijala i postavila temelj za pripremu kompozita od karbonskih vlakana sa odličnim mehaničkim svojstvima, otpornošću na koroziju, termičkom stabilnošću i performansama obrade. Uz kontinuirani napredak nauke i tehnologije, vjeruje se da će tehnologija aktivacije karbonskih vlakana nastaviti s inovacijama i razvojem, pružajući snažniju podršku za široku primjenu kompozita od karbonskih vlakana.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (takođe WhatsApp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresa: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Šangaj
Vrijeme objave: Sep-04-2024