In der heutigen Ära des schnellen technologischen Fortschritts machen sich Kohlefaser -Verbundwerkstoffe aufgrund ihrer überlegenen Leistung in einer Vielzahl von Feldern einen Namen. Von High-End-Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt bis hin zu den täglichen Bedürfnissen von Sportartikeln haben Kohlefaser-Verbundwerkstoffe ein großes Potenzial. Um jedoch Hochleistungs-Kohlefaser-Verbundwerkstoffe vorzubereiten, die Aktivierungsbehandlung vonKohlenstofffasernist ein entscheidender Schritt.
Kohlefaseroberfläche Elektronenmikroskop Bild
Kohlefaser, ein Hochleistungsfasermaterial, weist viele überzeugende Eigenschaften auf. Es besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff und hat eine längliche filamentarische Struktur. Aus Sicht der Oberflächenstruktur ist die Oberfläche von Kohlefaser relativ glatt und weist weniger aktive funktionelle Gruppen auf. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass während der Herstellung von Kohlenstofffasern Hochtemperaturkarbonisierung und andere Behandlungen die Oberfläche von Kohlenstofffasern zu einem inerten Zustand darstellen. Diese Oberflächeneigenschaft bringt eine Reihe von Herausforderungen für die Herstellung von Kohlefaserverbundwerkstoffen.
Die glatte Oberfläche macht die Bindung zwischen Kohlefaser und Matrixmaterial schwach. Bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen ist es für das Matrixmaterial schwierig, eine starke Bindung auf der Oberfläche desKohlefaser, was die Gesamtleistung des Verbundmaterials beeinflusst. Zweitens begrenzt das Fehlen aktiver funktioneller Gruppen die chemische Reaktion zwischen Kohlenstofffasern und Matrixmaterialien. Dies führt dazu, dass die Grenzflächenbindung zwischen beiden hauptsächlich auf physikalische Effekte wie mechanische Einbettung usw. angewiesen ist, was oft nicht stabil genug ist und bei externen Kräften für die Trennung anfällig ist.
Schematisches Diagramm der Zwischenschichtverstärkung von Kohlefaser -Stoff durch Kohlenstoffnanoröhren
Um diese Probleme zu lösen, ist die Aktivierungsbehandlung von Kohlenstofffasern erforderlich. AktiviertKohlenstofffasernzeigen signifikante Veränderungen in mehreren Aspekten.
Die Aktivierungsbehandlung erhöht die Oberflächenrauheit von Kohlenstofffasern. Durch chemische Oxidation, Plasmabehandlung und andere Methoden können winzige Gruben und Rillen in die Oberfläche von Kohlenstofffasern geätzt werden, wodurch die Oberfläche rau ist. Diese raue Oberfläche erhöht die Kontaktfläche zwischen der Kohlefaser und dem Substratmaterial, wodurch die mechanische Bindung zwischen beiden verbessert wird. Wenn das Matrixmaterial an die Kohlefaser gebunden ist, kann es sich besser in diese rauen Strukturen einbetten und eine stärkere Bindung bilden.
Die Aktivierungsbehandlung kann eine Fülle von reaktiven funktionellen Gruppen auf der Oberfläche der Kohlefaser einführen. Diese funktionellen Gruppen können chemisch mit den entsprechenden funktionellen Gruppen im Matrixmaterial chemisch reagieren, um chemische Bindungen zu bilden. Beispielsweise kann die Oxidationsbehandlung Hydroxylgruppen, Carboxylgruppen und andere funktionelle Gruppen auf der Oberfläche von Kohlenstofffasern einführen, die mit dem reagieren könnenEpoxidGruppen in der Harzmatrix und so weiter, um kovalente Bindungen zu bilden. Die Stärke dieser chemischen Bindung ist viel höher als die der physikalischen Bindung, was die Grenzflächenbindungsstärke zwischen der Kohlefaser und dem Matrixmaterial erheblich verbessert.
Die Oberflächenenergie der Aktivkohlefaser steigt ebenfalls signifikant an. Die Zunahme der Oberflächenenergie erleichtert es, dass die Kohlefaser durch das Matrixmaterial benetzt werden, wodurch die Ausbreitung und Durchdringung des Matrixmaterials auf der Oberfläche der Kohlefaser erleichtert wird. Während der Vorbereitung von Verbundwerkstoffen kann das Matrixmaterial gleichmäßiger um die Kohlenstofffasern verteilt werden, um eine dichtere Struktur zu bilden. Dies verbessert nicht nur die mechanischen Eigenschaften des Verbundmaterials, sondern verbessert auch seine anderen Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit und thermische Stabilität.
Aktivkohlefasern haben mehrere Vorteile für die Herstellung von Kohlefaserverbundwerkstoffen.
In Bezug auf mechanische Eigenschaften die Grenzflächenbindungsstärke zwischen den AktivitätenKohlenstofffasernund das Matrixmaterial wird erheblich verbessert, wodurch die Verbundwerkstoffe bei externen Kräften bessere Belastungen übertragen können. Dies bedeutet, dass die mechanischen Eigenschaften von Verbundwerkstoffen wie Festigkeit und Modul erheblich verbessert werden. Beispielsweise können Flugzeugteile aus Aktivkohlefaserverbundwerkstoffen im Luft- und Raumfahrtfeld, das extrem hohe mechanische Eigenschaften erfordert, größere Flugbelastungen standhalten und die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Flugzeugs verbessern. Auf dem Gebiet der Sportartikel wie Fahrradrahmen, Golfclubs usw. können aktivierte Kohlefaserverbundwerkstoffe eine bessere Stärke und Steifheit bieten und gleichzeitig das Gewicht verringern und die Erfahrung der Athleten verbessern.
In Bezug auf die Korrosionsbeständigkeit können diese funktionellen Gruppen aufgrund der Einführung reaktiver funktioneller Gruppen auf der Oberfläche aktivierter Kohlenstofffasern eine stabilere chemische Bindung mit dem Matrixmaterial bilden, wodurch die Korrosionsbeständigkeit der Verbundstoffe verbessert wird. Unter harten Umweltbedingungen wie der Meeresumwelt, der chemischen Industrie usw., der AktiviertenKohlefaserverbundwerkstoffekann besser der Erosion von ätzenden Medien widerstehen und die Lebensdauer verlängern. Dies ist für einige Geräte und Strukturen von großer Bedeutung, die lange Zeit in rauen Umgebungen verwendet werden.
In Bezug auf die thermische Stabilität kann eine gute Grenzflächenbindung zwischen aktiviertem Kohlefaser und Matrixmaterial die thermische Stabilität von Verbundwerkstoffen verbessern. Unter der Umgebung mit hoher Temperatur können die Verbundwerkstoffe bessere mechanische Eigenschaften und dimensionale Stabilität aufrechterhalten und sind weniger anfällig für Verformungen und Schäden. Dadurch verfügen die Aktivkohlefaserverbundwerkstoffe in hohen Temperaturanwendungen umfassende Anwendungsaussichten wie Automobilmotorteile und Heißendteile der Luftfahrtmotor.
In Bezug auf die Verarbeitungsleistung haben die Aktivkohlefasern eine erhöhte Oberflächenaktivität und eine bessere Kompatibilität mit dem Matrixmaterial. Dies erleichtert es dem Matrixmaterial, während der Herstellung des Verbundmaterials auf der Oberfläche der Kohlefaser zu infiltrieren und zu heilen, wodurch die Verarbeitungseffizienz und die Produktqualität verbessert werden. Gleichzeitig wird auch die Ausstattung der Aktivkohlefaserverbundwerkstoffe verbessert, sodass sie für verschiedene Anwendungen angepasst werden und eine Vielzahl komplexer technischer Anforderungen erfüllen können.
Daher die Aktivierungsbehandlung vonKohlenstofffasernist eine wichtige Verbindung bei der Herstellung von Kohlefaser-Verbundwerkstoffen mit Hochleistungs-Kohlefasern. Durch die Aktivierungsbehandlung kann die Oberflächenstruktur von Kohlefaser verbessert werden, um die Oberflächenrauheit zu erhöhen, aktive funktionelle Gruppen einzuführen und die Oberflächenenergie zu verbessern, um die Grenzflächenbindungsstärke zwischen Kohlefaser und Matrixmaterial zu verbessern und die Grundlage für die Herstellung von Kohlenstofffaserverbundung mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften, Korrosionsresistenz, Thempernstabilität und Verarbeitungsleistung. Angesichts des kontinuierlichen Fortschritts von Wissenschaft und Technologie wird angenommen, dass die Aktivierungstechnologie von Kohlenstofffasern weiterhin innovieren und sich entwickeln und eine stärkere Unterstützung für die breite Anwendung von Kohlefaser -Verbundwerkstoffen bietet.
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