I nutidens æra med hurtige teknologiske fremskridt gør kulfiberkompositter et navn for sig selv inden for en lang række områder på grund af deres overlegne ydeevne. Fra avancerede applikationer inden for rumfart til de daglige behov for sportsartikler har kulfiberkompositter vist et stort potentiale. Men for at forberede højtydende kulfiberkompositter, aktiveringsbehandling afkulfiberer et afgørende skridt.
Carbon fiber overflade elektronmikroskop billede
Kulfiber, et højtydende fibermateriale, har mange overbevisende egenskaber. Det er hovedsageligt sammensat af kulstof og har en langstrakt filamentstruktur. Fra overfladestrukturens synspunkt er overfladen af kulfiber relativt glat og har færre aktive funktionelle grupper. Dette skyldes det faktum, at under fremstillingen af kulfibre, højtemperatur-karbonisering og andre behandlinger gør overfladen af kulfibre til en mere inert tilstand. Denne overfladeegenskab bringer en række udfordringer til fremstillingen af kulfiberkompositter.
Den glatte overflade gør bindingen mellem kulfiber og matrixmateriale svag. Ved fremstilling af kompositter er det vanskeligt for matrixmaterialet at danne en stærk binding på overfladen afkulfiber, hvilket påvirker kompositmaterialets samlede ydeevne. For det andet begrænser manglen på aktive funktionelle grupper den kemiske reaktion mellem kulfibre og matrixmaterialer. Dette gør, at grænsefladebindingen mellem de to hovedsageligt er afhængig af fysiske effekter, såsom mekanisk indlejring osv., som ofte ikke er stabil nok og er tilbøjelig til adskillelse, når den udsættes for eksterne kræfter.
Skematisk diagram af mellemlagsforstærkning af kulfiberdug med kulstofnanorør
For at løse disse problemer bliver aktiveringsbehandling af kulfibre nødvendig. Aktiveretkulfiberviser væsentlige ændringer i flere aspekter.
Aktiveringsbehandling øger overfladeruheden af kulfibre. Gennem kemisk oxidation, plasmabehandling og andre metoder kan bittesmå gruber og riller ætses ind i overfladen af kulfibre, hvilket gør overfladen ru. Denne ru overflade øger kontaktarealet mellem kulfiberen og substratmaterialet, hvilket forbedrer den mekaniske binding mellem de to. Når matrixmaterialet er bundet til kulfiberen, er det bedre i stand til at indlejre sig selv i disse ru strukturer, hvilket danner en stærkere binding.
Aktiveringsbehandlingen kan introducere en overflod af reaktive funktionelle grupper på overfladen af kulfiberen. Disse funktionelle grupper kan reagere kemisk med de tilsvarende funktionelle grupper i matrixmaterialet og danne kemiske bindinger. For eksempel kan oxidationsbehandling introducere hydroxylgrupper, carboxylgrupper og andre funktionelle grupper på overfladen af kulfibre, som kan reagere medepoxygrupper i harpiksmatrixen og så videre for at danne kovalente bindinger. Styrken af denne kemiske binding er meget højere end fysisk binding, hvilket i høj grad forbedrer grænsefladebindingsstyrken mellem kulfiberen og matrixmaterialet.
Overfladeenergien af den aktive kulfiber øges også betydeligt. Forøgelsen i overfladeenergi gør det lettere for kulfiberen at blive befugtet af matrixmaterialet, hvilket letter spredningen og indtrængning af matrixmaterialet på kulfiberens overflade. I processen med at fremstille kompositter kan matrixmaterialet fordeles mere jævnt rundt om kulfibrene for at danne en mere tæt struktur. Dette forbedrer ikke kun kompositmaterialets mekaniske egenskaber, men forbedrer også dets andre egenskaber, såsom korrosionsbestandighed og termisk stabilitet.
Aktive kulfibre har flere fordele til fremstilling af kulfiberkompositter.
Med hensyn til mekaniske egenskaber, grænsefladebindingsstyrken mellem de aktiveredekulfiberog matrixmaterialet er stærkt forbedret, hvilket gør det muligt for kompositterne bedre at overføre spændinger, når de udsættes for ydre kræfter. Det betyder, at de mekaniske egenskaber af kompositter såsom styrke og modul er væsentligt forbedret. For eksempel inden for rumfartsområdet, som kræver ekstremt høje mekaniske egenskaber, er flydele fremstillet med aktive kulfiberkompositter i stand til at modstå større flyvebelastninger og forbedre flyets sikkerhed og pålidelighed. Inden for sportsartikler, såsom cykelstel, golfkøller osv., kan aktive kulfiberkompositter give bedre styrke og stivhed, samtidig med at de reducerer vægten og forbedrer atleternes oplevelse.
Med hensyn til korrosionsbestandighed kan disse funktionelle grupper på grund af introduktionen af reaktive funktionelle grupper på overfladen af aktiverede kulfibre danne mere stabil kemisk binding med matrixmaterialet og dermed forbedre korrosionsbestandigheden af kompositterne. I nogle barske miljøforhold, såsom havmiljøet, kemisk industri osv., aktivereskulfiber kompositterkan bedre modstå erosion af korrosive medier og forlænge levetiden. Dette har stor betydning for noget udstyr og konstruktioner, der bruges i barske miljøer i lang tid.
Med hensyn til termisk stabilitet kan god grænsefladebinding mellem aktiveret kulfiber og matrixmateriale forbedre den termiske stabilitet af kompositter. Under højtemperaturmiljøet kan kompositterne opretholde bedre mekaniske egenskaber og dimensionsstabilitet og er mindre tilbøjelige til deformation og beskadigelse. Dette gør, at de aktive kulfiberkompositter har brede anvendelsesmuligheder i højtemperaturapplikationer, såsom motordele til biler og hot-end dele til flymotorer.
Med hensyn til forarbejdningsydelse har de aktiverede kulfibre øget overfladeaktivitet og bedre kompatibilitet med matrixmaterialet. Dette gør det lettere for matrixmaterialet at infiltrere og hærde på overfladen af kulfiberen under fremstillingen af kompositmaterialet, hvilket forbedrer forarbejdningseffektiviteten og produktkvaliteten. Samtidig er designbarheden af de aktive kulfiberkompositter også forbedret, hvilket gør det muligt at tilpasse dem til forskellige applikationer og opfylde en række komplekse tekniske krav.
Derfor aktiveres aktiveringsbehandling afkulfiberer et nøgleled i fremstillingen af højtydende kulfiberkompositter. Gennem aktiveringsbehandlingen kan overfladestrukturen af kulfiber forbedres for at øge overfladeruheden, indføre aktive funktionelle grupper og forbedre overfladeenergien for at forbedre grænsefladebindingsstyrken mellem kulfiber og matrixmateriale og lægge fundamentet til fremstilling af kulfiberkompositter med fremragende mekaniske egenskaber, korrosionsbestandighed, termisk stabilitet og forarbejdningsydelse. Med den fortsatte udvikling af videnskab og teknologi, menes det, at kulfiberaktiveringsteknologi vil fortsætte med at innovere og udvikle sig, hvilket giver stærkere støtte til den brede anvendelse af kulfiberkompositter.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368(også whatsapp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresse: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Indlægstid: Sep-04-2024