V dnešní době rychlého technologického pokroku si kompozity z uhlíkových vláken dělají jméno v celé řadě oborů díky svému vynikajícímu výkonu. Od špičkových aplikací v letectví až po každodenní potřeby sportovních potřeb, kompozity z uhlíkových vláken ukázaly velký potenciál. Nicméně, k přípravě vysoce výkonných kompozitů z uhlíkových vláken, aktivační zpracováníuhlíková vláknaje zásadní krok.
Obrázek z povrchového elektronového mikroskopu z uhlíkových vláken
Uhlíkové vlákno, vysoce výkonný vláknitý materiál, má mnoho přesvědčivých vlastností. Skládá se hlavně z uhlíku a má podlouhlou vláknitou strukturu. Z hlediska struktury povrchu je povrch uhlíkových vláken relativně hladký a má méně aktivních funkčních skupin. To je způsobeno skutečností, že během přípravy uhlíkových vláken, vysokoteplotní karbonizace a další úpravy činí povrch uhlíkových vláken inertnějším stavem. Tato povrchová vlastnost přináší řadu problémů při přípravě kompozitů z uhlíkových vláken.
Hladký povrch zeslabuje vazbu mezi uhlíkovými vlákny a matricovým materiálem. Při přípravě kompozitů je pro matricový materiál obtížné vytvořit silnou vazbu na povrchuuhlíkové vlákno, což ovlivňuje celkový výkon kompozitního materiálu. Za druhé, nedostatek aktivních funkčních skupin omezuje chemickou reakci mezi uhlíkovými vlákny a matricovými materiály. To způsobuje, že mezifázová vazba mezi těmito dvěma závisí hlavně na fyzikálních efektech, jako je mechanické zabudování atd., které často není dostatečně stabilní a je náchylné k oddělení, když je vystaveno vnějším silám.
Schematický diagram vyztužení mezivrstvy tkaniny z uhlíkových vláken uhlíkovými nanotrubičkami
K vyřešení těchto problémů je nutné aktivační ošetření uhlíkových vláken. Aktivovánouhlíková vláknavykazují významné změny v několika aspektech.
Aktivační úprava zvyšuje drsnost povrchu uhlíkových vláken. Prostřednictvím chemické oxidace, plazmové úpravy a dalších metod lze do povrchu uhlíkových vláken vyleptat drobné důlky a rýhy, které povrch zdrsní. Tento drsný povrch zvětšuje kontaktní plochu mezi uhlíkovým vláknem a materiálem substrátu, což zlepšuje mechanickou vazbu mezi nimi. Když je matricový materiál spojen s uhlíkovým vláknem, je lépe schopen zapustit se do těchto hrubých struktur a vytvořit silnější vazbu.
Aktivační zpracování může zavést množství reaktivních funkčních skupin na povrch uhlíkového vlákna. Tyto funkční skupiny mohou chemicky reagovat s odpovídajícími funkčními skupinami v materiálu matrice za vzniku chemických vazeb. Například oxidační zpracování může zavést hydroxylové skupiny, karboxylové skupiny a další funkční skupiny na povrch uhlíkových vláken, které mohou reagovat sepoxidskupiny v matrici pryskyřice a tak dále, aby se vytvořily kovalentní vazby. Síla tohoto chemického spojení je mnohem vyšší než u fyzického spojení, což výrazně zlepšuje pevnost mezifázového spojení mezi uhlíkovým vláknem a materiálem matrice.
Výrazně se také zvyšuje povrchová energie vlákna s aktivním uhlím. Zvýšení povrchové energie usnadňuje smáčení uhlíkového vlákna materiálem matrice, čímž se usnadňuje šíření a pronikání materiálu matrice na povrch uhlíkového vlákna. V procesu přípravy kompozitů může být matricový materiál rovnoměrněji distribuován kolem uhlíkových vláken, aby se vytvořila hustší struktura. To nejen zlepšuje mechanické vlastnosti kompozitního materiálu, ale zlepšuje i jeho další vlastnosti, jako je odolnost proti korozi a tepelná stabilita.
Aktivní uhlíková vlákna mají mnoho výhod pro přípravu kompozitů z uhlíkových vláken.
Pokud jde o mechanické vlastnosti, pevnost mezifázových vazeb mezi aktivovanýmiuhlíková vláknaa materiál matrice je výrazně vylepšen, což umožňuje kompozitům lépe přenášet napětí, když jsou vystaveny vnějším silám. To znamená, že mechanické vlastnosti kompozitů, jako je pevnost a modul, jsou výrazně zlepšeny. Například v oblasti letectví, které vyžaduje extrémně vysoké mechanické vlastnosti, jsou součásti letadel vyrobené z kompozitů s aktivním uhlíkovým vláknem schopny odolat větším letovým zatížením a zlepšit bezpečnost a spolehlivost letadla. V oblasti sportovních potřeb, jako jsou rámy jízdních kol, golfové hole atd., mohou kompozity s aktivním uhlíkovým vláknem poskytnout lepší pevnost a tuhost a zároveň snížit hmotnost a zlepšit zážitek sportovců.
Pokud jde o odolnost proti korozi, díky vnášení reaktivních funkčních skupin na povrch vláken aktivního uhlí mohou tyto funkční skupiny vytvářet stabilnější chemickou vazbu s materiálem matrice, čímž se zlepšuje odolnost kompozitů proti korozi. V některých drsných podmínkách prostředí, jako je mořské prostředí, chemický průmysl atd., se aktivujekompozity z uhlíkových vlákenmůže lépe odolávat erozi korozivních médií a prodloužit životnost. To má velký význam pro některá zařízení a konstrukce, které jsou dlouhodobě používány v drsném prostředí.
Pokud jde o tepelnou stabilitu, dobrá mezifázová vazba mezi vláknem z aktivního uhlí a matricovým materiálem může zlepšit tepelnou stabilitu kompozitů. V prostředí s vysokou teplotou si kompozity mohou zachovat lepší mechanické vlastnosti a rozměrovou stabilitu a jsou méně náchylné k deformaci a poškození. Díky tomu mají kompozity s aktivním uhlíkovým vláknem široké vyhlídky na použití ve vysokoteplotních aplikacích, jako jsou díly automobilových motorů a horké konce leteckých motorů.
Z hlediska zpracovatelského výkonu mají vlákna z aktivního uhlí zvýšenou povrchovou aktivitu a lepší kompatibilitu s matricovým materiálem. To usnadňuje infiltraci a vytvrzování matricového materiálu na povrchu uhlíkových vláken během přípravy kompozitního materiálu, čímž se zlepšuje efektivita zpracování a kvalita produktu. Současně je také vylepšena navrhovatelnost kompozitů s aktivním uhlíkovým vláknem, což umožňuje jejich přizpůsobení pro různé aplikace a splnění různých složitých technických požadavků.
Proto aktivační léčbauhlíková vláknaje klíčovým článkem při přípravě vysoce výkonných kompozitů z uhlíkových vláken. Prostřednictvím aktivačního ošetření lze zlepšit povrchovou strukturu uhlíkových vláken, aby se zvýšila drsnost povrchu, zavedly aktivní funkční skupiny a zlepšila povrchová energie, aby se zlepšila mezifázová pevnost spojení mezi uhlíkovými vlákny a matricovým materiálem a položil se základ. pro přípravu kompozitů z uhlíkových vláken s vynikajícími mechanickými vlastnostmi, odolností proti korozi, tepelnou stabilitou a zpracovatelským výkonem. S neustálým pokrokem vědy a technologie se věří, že technologie aktivace uhlíkových vláken se bude i nadále inovovat a vyvíjet a poskytovat silnější podporu pro široké použití kompozitů z uhlíkových vláken.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (také whatsapp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresa: NO.398 New Green Road Xinbang Town Okres Songjiang, Šanghaj
Čas odeslání: září 04-2024