En l'època actual de l'avanç tecnològic ràpid, els compostos de fibra de carboni estan fent un nom per ells mateixos 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 dels productes 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, el 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 convincents. Es compon principalment de 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 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 a la preparació de compostos de fibra de carboni.
La superfície llisa fa que l’enllaç 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 basa principalment en efectes físics, com ara l’incrustació mecànica, etc., que sovint no és prou estable i és propensa a la separació quan se sotmet a forces externes.
Diagrama esquemàtic de reforç interlayer de tela de fibra de carboni per nanotubs de carboni
Per solucionar aquests problemes, es fa necessari el tractament d’activació de les fibres de carboni. Activatfibres de carboniMostra canvis significatius en diversos aspectes.
El tractament d’activació augmenta la rugositat superficial de les fibres de carboni. Mitjançant l’oxidació química, el tractament en plasma i altres mètodes, es poden gravar fosses i solcs minúsculs 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, que millora l’enllaç mecànic entre tots dos. Quan el material de la matriu s’uneix a la fibra de carboni, és millor incorporar -se en aquestes estructures rugoses, formant un enllaç més fort.
El tractament d’activació pot introduir una abundància 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 amb oxidació pot introduir grups hidroxils, grups carboxil i altres grups funcionals a la superfície de les fibres de carboni, que poden reaccionar amb elepoxigrups de la matriu de resina, etc. per formar enllaços covalents. La força d'aquesta unió química és molt superior a la de l'enllaç físic, que millora considerablement la força d'enllaç interfacial entre la fibra de carboni i el material de la matriu.
L’energia superficial de la fibra de carboni activada també augmenta significativament. L’augment de l’energia superficial facilita que la fibra de carboni sigui humida 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 la resistència a la corrosió i l'estabilitat tèrmica.
Les fibres de carboni activades tenen múltiples avantatges per a la preparació de compostos de fibra de carboni.
En termes de propietats mecàniques, la força d’enllaç interfacial entre l’activatfibres de carboniI el material de la matriu es millora molt, cosa que permet als compostos transferir millor tensions quan se sotmeten a forces externes. Això significa que les propietats mecàniques dels compostos com la força i el mòdul es milloren significativament. Per exemple, al camp aeroespacial, que requereix propietats mecàniques extremadament altes, les parts d’avions elaborades amb compostos de fibra de carboni activades són capaços de suportar les càrregues de vol més grans i millorar la seguretat i la fiabilitat de l’aeronau. En el camp dels articles esportius, com ara marcs de bicicleta, clubs de golf, etc., els compostos de fibra de carboni activades poden proporcionar una millor força i rigidesa, alhora que redueixen el pes i milloren l'experiència dels atletes.
En termes de resistència a la corrosió, a causa de la introducció de grups funcionals reactius a la superfície de les fibres de carboni activades, aquests grups funcionals poden formar 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.Composites de fibra de carboniPot resistir millor l’erosió dels mitjans corrosius i ampliar la vida útil. Això té una gran importància per a alguns equips i estructures que s’utilitzen en entorns durs durant molt de temps.
En termes d’estabilitat tèrmica, una bona unió interfacial entre la fibra de carboni activada i el material de la matriu pot millorar l’estabilitat tèrmica dels compostos. Sota l’entorn d’alta temperatura, els compostos poden mantenir millors propietats mecàniques i estabilitat dimensional, i són menys propensos a la deformació i als danys. Això fa que els compostos de fibra de carboni activats tinguin perspectives d’aplicació àmplies en aplicacions d’alta temperatura, com ara les peces del motor d’automòbils i les peces finals del motor d’aviació.
En termes de rendiment de processament, les fibres de carboni activades 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 designabilitat dels compostos de fibra de carboni activades, cosa que els permet ser personalitzats per a diferents aplicacions i complir una varietat de requisits d’enginyeria complexes.
Per tant, el 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, l’estructura superficial de la fibra de carboni es pot millorar per augmentar la rugositat superficial, introduir grups funcionals actius i millorar l’energia superficial, de manera que millorar la força d’enllaç interfacial entre la fibra de carboni i el material de la matriu i posar el fonament per a la preparació de compostos de fibra de carboni amb excel·lents propietats mecàniques, resistència a la corrosió, estabilitat tèrmica i el rendiment del processament. Amb el progrés continu 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’àmplia aplicació de composites de fibra de carboni.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (també WhatsApp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adreça: núm. 398 New Green Road Xinbang Town Songjiang Districte, Xangai
Posat: el 04 de setembre de 2014