En l'era actual de ràpid avenç tecnològic, els compostos de fibra de carboni s'estan fent un nom en una àmplia gamma de camps a causa del seu rendiment superior. Des d'aplicacions de gamma alta en aeroespacial fins a les necessitats diàries d'articles esportius, els compostos de fibra de carboni han mostrat un gran potencial. No obstant això, per preparar compostos de fibra de carboni d'alt rendiment, tractament d'activació defibres de carboniés un pas crucial.
Imatge de microscopi electrònic de superfície de fibra de carboni
La fibra de carboni, un material de fibra d'alt rendiment, té moltes propietats atractives. Està compost principalment per carboni i té una estructura filamentària allargada. Des del punt de vista de l'estructura superficial, la superfície de la fibra de carboni és relativament llisa i té menys grups funcionals actius. Això es deu al fet que durant la preparació de les fibres de carboni, la carbonització a alta temperatura i altres tractaments fan que la superfície de les fibres de carboni presenti un estat més inert. Aquesta propietat superficial comporta una sèrie de reptes per a la preparació de compostos de fibra de carboni.
La superfície llisa fa que la unió entre la fibra de carboni i el material de la matriu sigui feble. En la preparació de compostos, és difícil que el material de la matriu formi un enllaç fort a la superfície delfibra de carboni, que afecta el rendiment global del material compost. En segon lloc, la manca de grups funcionals actius limita la reacció química entre les fibres de carboni i els materials de la matriu. Això fa que l'enllaç interfacial entre els dos es base principalment en efectes físics, com ara la incrustació mecànica, etc., que sovint no és prou estable i és propens a la separació quan està sotmès a forces externes.
Diagrama esquemàtic del reforç entre capes de tela de fibra de carboni mitjançant nanotubs de carboni
Per resoldre aquests problemes, es fa necessari un tractament d'activació de les fibres de carboni. Activatfibres de carbonimostren canvis significatius en diversos aspectes.
El tractament d'activació augmenta la rugositat superficial de les fibres de carboni. Mitjançant l'oxidació química, el tractament amb plasma i altres mètodes, es poden gravar petites fosses i ranures a la superfície de les fibres de carboni, fent que la superfície sigui rugosa. Aquesta superfície rugosa augmenta l'àrea de contacte entre la fibra de carboni i el material del substrat, la qual cosa millora l'enllaç mecànic entre ambdós. Quan el material de la matriu s'uneix a la fibra de carboni, és més capaç d'incrustar-se en aquestes estructures rugoses, formant un enllaç més fort.
El tractament d'activació pot introduir una gran quantitat de grups funcionals reactius a la superfície de la fibra de carboni. Aquests grups funcionals poden reaccionar químicament amb els grups funcionals corresponents del material de la matriu per formar enllaços químics. Per exemple, el tractament d'oxidació pot introduir grups hidroxil, grups carboxil i altres grups funcionals a la superfície de les fibres de carboni, que poden reaccionar amb elepoxigrups a la matriu de resina i així successivament per formar enllaços covalents. La força d'aquest enllaç químic és molt superior a la de l'enllaç físic, la qual cosa millora molt la força d'unió interfacial entre la fibra de carboni i el material de la matriu.
L'energia superficial de la fibra de carbó activat també augmenta significativament. L'augment de l'energia superficial facilita que la fibra de carboni sigui mullada pel material de la matriu, facilitant així la propagació i la penetració del material de la matriu a la superfície de la fibra de carboni. En el procés de preparació de compostos, el material de la matriu es pot distribuir de manera més uniforme al voltant de les fibres de carboni per formar una estructura més densa. Això no només millora les propietats mecàniques del material compost, sinó que també millora les seves altres propietats, com ara la resistència a la corrosió i l'estabilitat tèrmica.
Les fibres de carbó activat tenen múltiples avantatges per a la preparació de compostos de fibra de carboni.
Pel que fa a les propietats mecàniques, la força d'unió interfacial entre els activatsfibres de carbonii el material de la matriu es millora molt, cosa que permet als compostos transferir millor les tensions quan estan sotmesos a forces externes. Això significa que les propietats mecàniques dels compostos com la resistència i el mòdul es milloren significativament. Per exemple, en l'àmbit aeroespacial, que requereix propietats mecàniques extremadament elevades, les peces d'aeronau fetes amb compostos de fibra de carbó activat són capaços de suportar majors càrregues de vol i millorar la seguretat i la fiabilitat de l'avió. En el camp dels articles esportius, com ara quadres de bicicletes, pals de golf, etc., els compostos de fibra de carboni activat poden proporcionar una millor resistència i rigidesa, alhora que redueixen el pes i milloren l'experiència dels atletes.
Pel que fa a la resistència a la corrosió, a causa de la introducció de grups funcionals reactius a la superfície de les fibres de carbó activat, aquests grups funcionals poden formar una unió química més estable amb el material de la matriu, millorant així la resistència a la corrosió dels compostos. En algunes condicions ambientals dures, com el medi marí, la indústria química, etc., s'activacompostos de fibra de carbonipot resistir millor l'erosió dels mitjans corrosius i allargar la vida útil. Això és de gran importància per a alguns equips i estructures que s'utilitzen en entorns durs durant molt de temps.
Pel que fa a l'estabilitat tèrmica, una bona unió interfacial entre la fibra de carbó activat i el material de la matriu pot millorar l'estabilitat tèrmica dels compostos. En un entorn d'alta temperatura, els compostos poden mantenir millors propietats mecàniques i estabilitat dimensional, i són menys propensos a la deformació i el dany. Això fa que els compostos de fibra de carbó activat tinguin àmplies perspectives d'aplicació en aplicacions d'alta temperatura, com ara peces de motor d'automoció i peces de motor d'aviació.
Pel que fa al rendiment de processament, les fibres de carbó activat han augmentat l'activitat superficial i una millor compatibilitat amb el material de la matriu. Això facilita que el material de la matriu s'infiltri i curi a la superfície de la fibra de carboni durant la preparació del material compost, millorant així l'eficiència del processament i la qualitat del producte. Al mateix temps, també es millora la capacitat de disseny dels compostos de fibra de carbó activat, cosa que permet personalitzar-los per a diferents aplicacions i satisfer una varietat de requisits d'enginyeria complexos.
Per tant, tractament d'activació defibres de carboniés un enllaç clau en la preparació de compostos de fibra de carboni d'alt rendiment. Mitjançant el tractament d'activació, es pot millorar l'estructura superficial de la fibra de carboni per augmentar la rugositat de la superfície, introduir grups funcionals actius i millorar l'energia superficial, per tal de millorar la força d'unió interfacial entre la fibra de carboni i el material de la matriu i establir les bases. per a la preparació de compostos de fibra de carboni amb excel·lents propietats mecàniques, resistència a la corrosió, estabilitat tèrmica i rendiment de processament. Amb el continu progrés de la ciència i la tecnologia, es creu que la tecnologia d'activació de fibra de carboni continuarà innovant i desenvolupant-se, proporcionant un suport més fort per a l'aplicació àmplia de compostos de fibra de carboni.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (també whatsapp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adreça: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Xangai
Hora de publicació: 04-set-2024