Στη σημερινή εποχή της ταχείας τεχνολογικής προόδου, τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα φτιάχνουν όνομα σε ένα ευρύ φάσμα τομέων λόγω της ανώτερης απόδοσής τους. Από τις προηγμένες εφαρμογές στην αεροδιαστημική έως τις καθημερινές ανάγκες αθλητικών ειδών, τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα έχουν δείξει μεγάλες δυνατότητες. Ωστόσο, για την παρασκευή σύνθετων ινών άνθρακα υψηλής απόδοσης, η επεξεργασία ενεργοποίησης τουίνες άνθρακαείναι ένα κρίσιμο βήμα.
Εικόνα ηλεκτρονικού μικροσκοπίου επιφάνειας από ανθρακονήματα
Το ανθρακόνημα, ένα ινώδες υλικό υψηλής απόδοσης, έχει πολλές συναρπαστικές ιδιότητες. Αποτελείται κυρίως από άνθρακα και έχει επιμήκη νηματώδη δομή. Από την άποψη της επιφανειακής δομής, η επιφάνεια των ινών άνθρακα είναι σχετικά λεία και έχει λιγότερες ενεργές λειτουργικές ομάδες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι κατά την προετοιμασία των ινών άνθρακα, η ανθρακοποίηση σε υψηλή θερμοκρασία και άλλες επεξεργασίες κάνουν την επιφάνεια των ινών άνθρακα να παρουσιάζει μια πιο αδρανή κατάσταση. Αυτή η ιδιότητα επιφάνειας φέρνει μια σειρά από προκλήσεις στην παρασκευή σύνθετων ανθρακονημάτων.
Η λεία επιφάνεια κάνει τον δεσμό μεταξύ ανθρακονήματος και υλικού μήτρας αδύναμο. Κατά την παρασκευή σύνθετων υλικών, είναι δύσκολο για το υλικό της μήτρας να σχηματίσει ισχυρό δεσμό στην επιφάνεια τουανθρακονήματα, το οποίο επηρεάζει τη συνολική απόδοση του σύνθετου υλικού. Δεύτερον, η έλλειψη ενεργών λειτουργικών ομάδων περιορίζει τη χημική αντίδραση μεταξύ ινών άνθρακα και υλικών μήτρας. Αυτό κάνει τη διεπιφανειακή σύνδεση μεταξύ των δύο να βασίζεται κυρίως σε φυσικές επιδράσεις, όπως μηχανική ενσωμάτωση κ.λπ., η οποία συχνά δεν είναι αρκετά σταθερή και είναι επιρρεπής σε διαχωρισμό όταν υποβάλλεται σε εξωτερικές δυνάμεις.
Σχηματικό διάγραμμα ενίσχυσης ενδιάμεσων στρωμάτων υφάσματος από ανθρακονήματα με νανοσωλήνες άνθρακα
Για την επίλυση αυτών των προβλημάτων, καθίσταται απαραίτητη η επεξεργασία ενεργοποίησης των ινών άνθρακα. Ενεργοποιήθηκείνες άνθρακαπαρουσιάζουν σημαντικές αλλαγές από πολλές απόψεις.
Η επεξεργασία ενεργοποίησης αυξάνει την επιφανειακή τραχύτητα των ινών άνθρακα. Μέσω χημικής οξείδωσης, επεξεργασίας πλάσματος και άλλων μεθόδων, μικροσκοπικά κοιλώματα και αυλακώσεις μπορούν να χαραχθούν στην επιφάνεια των ινών άνθρακα, κάνοντας την επιφάνεια τραχιά. Αυτή η τραχιά επιφάνεια αυξάνει την περιοχή επαφής μεταξύ της ίνας άνθρακα και του υλικού του υποστρώματος, γεγονός που βελτιώνει τον μηχανικό δεσμό μεταξύ των δύο. Όταν το υλικό της μήτρας είναι συνδεδεμένο με την ίνα άνθρακα, είναι καλύτερα σε θέση να ενσωματωθεί σε αυτές τις τραχιές δομές, σχηματίζοντας έναν ισχυρότερο δεσμό.
Η επεξεργασία ενεργοποίησης μπορεί να εισάγει μια πληθώρα δραστικών λειτουργικών ομάδων στην επιφάνεια της ίνας άνθρακα. Αυτές οι λειτουργικές ομάδες μπορούν να αντιδράσουν χημικά με τις αντίστοιχες λειτουργικές ομάδες στο υλικό της μήτρας για να σχηματίσουν χημικούς δεσμούς. Για παράδειγμα, η επεξεργασία οξείδωσης μπορεί να εισάγει ομάδες υδροξυλίου, ομάδες καρβοξυλίου και άλλες λειτουργικές ομάδες στην επιφάνεια των ινών άνθρακα, οι οποίες μπορούν να αντιδράσουν μεεποξειδικήομάδες στη μήτρα της ρητίνης και ούτω καθεξής για να σχηματίσουν ομοιοπολικούς δεσμούς. Η ισχύς αυτού του χημικού δεσμού είναι πολύ υψηλότερη από εκείνη του φυσικού δεσμού, γεγονός που βελτιώνει σημαντικά τη διεπιφανειακή ισχύ σύνδεσης μεταξύ της ίνας άνθρακα και του υλικού της μήτρας.
Η επιφανειακή ενέργεια της ίνας ενεργού άνθρακα αυξάνεται επίσης σημαντικά. Η αύξηση της επιφανειακής ενέργειας διευκολύνει τη διαβροχή της ίνας άνθρακα από το υλικό μήτρας, διευκολύνοντας έτσι την εξάπλωση και τη διείσδυση του υλικού της μήτρας στην επιφάνεια της ίνας άνθρακα. Κατά τη διαδικασία παρασκευής σύνθετων υλικών, το υλικό της μήτρας μπορεί να κατανεμηθεί πιο ομοιόμορφα γύρω από τις ίνες άνθρακα για να σχηματίσει μια πιο πυκνή δομή. Αυτό όχι μόνο βελτιώνει τις μηχανικές ιδιότητες του σύνθετου υλικού, αλλά βελτιώνει και τις άλλες ιδιότητές του, όπως η αντοχή στη διάβρωση και η θερμική σταθερότητα.
Οι ίνες ενεργού άνθρακα έχουν πολλαπλά πλεονεκτήματα για την παρασκευή σύνθετων ινών άνθρακα.
Όσον αφορά τις μηχανικές ιδιότητες, η διεπιφανειακή ισχύς σύνδεσης μεταξύ των ενεργοποιημένωνίνες άνθρακακαι το υλικό της μήτρας είναι πολύ βελτιωμένο, γεγονός που επιτρέπει στα σύνθετα υλικά να μεταφέρουν καλύτερα τάσεις όταν υποβάλλονται σε εξωτερικές δυνάμεις. Αυτό σημαίνει ότι οι μηχανικές ιδιότητες των σύνθετων υλικών, όπως η αντοχή και το μέτρο, βελτιώνονται σημαντικά. Για παράδειγμα, στον αεροδιαστημικό τομέα, ο οποίος απαιτεί εξαιρετικά υψηλές μηχανικές ιδιότητες, τα εξαρτήματα αεροσκαφών που κατασκευάζονται με σύνθετα υλικά από ίνες ενεργού άνθρακα μπορούν να αντέχουν μεγαλύτερα φορτία πτήσης και να βελτιώνουν την ασφάλεια και την αξιοπιστία του αεροσκάφους. Στον τομέα των αθλητικών ειδών, όπως σκελετοί ποδηλάτων, μπαστούνια γκολφ κ.λπ., τα σύνθετα υλικά από ίνες ενεργού άνθρακα μπορούν να προσφέρουν καλύτερη αντοχή και ακαμψία, ενώ μειώνουν το βάρος και βελτιώνουν την εμπειρία των αθλητών.
Όσον αφορά την αντοχή στη διάβρωση, λόγω της εισαγωγής δραστικών λειτουργικών ομάδων στην επιφάνεια των ινών ενεργού άνθρακα, αυτές οι λειτουργικές ομάδες μπορούν να σχηματίσουν πιο σταθερό χημικό δεσμό με το υλικό της μήτρας, βελτιώνοντας έτσι την αντίσταση στη διάβρωση των σύνθετων υλικών. Σε ορισμένες σκληρές περιβαλλοντικές συνθήκες, όπως το θαλάσσιο περιβάλλον, η χημική βιομηχανία κ.λπ., το ενεργοποιημένοσύνθετα υλικά από ίνες άνθρακαμπορεί να αντισταθεί καλύτερα στη διάβρωση των διαβρωτικών μέσων και να παρατείνει τη διάρκεια ζωής. Αυτό έχει μεγάλη σημασία για ορισμένους εξοπλισμούς και κατασκευές που χρησιμοποιούνται σε σκληρά περιβάλλοντα για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Όσον αφορά τη θερμική σταθερότητα, η καλή διεπιφανειακή σύνδεση μεταξύ ινών ενεργού άνθρακα και υλικού μήτρας μπορεί να βελτιώσει τη θερμική σταθερότητα των σύνθετων υλικών. Κάτω από το περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας, τα σύνθετα υλικά μπορούν να διατηρήσουν καλύτερες μηχανικές ιδιότητες και σταθερότητα διαστάσεων και είναι λιγότερο επιρρεπή σε παραμόρφωση και ζημιά. Αυτό κάνει τα σύνθετα υλικά από ίνες ενεργού άνθρακα να έχουν ευρείες προοπτικές εφαρμογής σε εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας, όπως εξαρτήματα κινητήρων αυτοκινήτων και εξαρτήματα καυτών κινητήρων αεροσκαφών.
Όσον αφορά την απόδοση επεξεργασίας, οι ίνες ενεργού άνθρακα έχουν αυξημένη επιφανειακή δραστηριότητα και καλύτερη συμβατότητα με το υλικό μήτρας. Αυτό διευκολύνει τη διείσδυση και τη σκλήρυνση του υλικού μήτρας στην επιφάνεια του ανθρακονήματος κατά την προετοιμασία του σύνθετου υλικού, βελτιώνοντας έτσι την απόδοση επεξεργασίας και την ποιότητα του προϊόντος. Ταυτόχρονα, η σχεδιαστική ικανότητα των σύνθετων ινών ενεργού άνθρακα ενισχύεται επίσης, επιτρέποντάς τους να προσαρμόζονται για διαφορετικές εφαρμογές και να ανταποκρίνονται σε ποικίλες σύνθετες απαιτήσεις μηχανικής.
Ως εκ τούτου, η θεραπεία ενεργοποίησης τουίνες άνθρακαείναι ένας βασικός κρίκος στην παρασκευή σύνθετων ανθρακονημάτων υψηλής απόδοσης. Μέσω της επεξεργασίας ενεργοποίησης, η δομή της επιφάνειας του ανθρακονήματος μπορεί να βελτιωθεί για να αυξηθεί η τραχύτητα της επιφάνειας, να εισαχθούν ενεργές λειτουργικές ομάδες και να βελτιωθεί η επιφανειακή ενέργεια, έτσι ώστε να βελτιωθεί η αντοχή της διεπιφανειακής σύνδεσης μεταξύ ινών άνθρακα και υλικού μήτρας και να τεθεί η βάση για την παρασκευή σύνθετων υλικών από ανθρακονήματα με εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες, αντοχή στη διάβρωση, θερμική σταθερότητα και απόδοση επεξεργασίας. Με τη συνεχή πρόοδο της επιστήμης και της τεχνολογίας, πιστεύεται ότι η τεχνολογία ενεργοποίησης ανθρακονημάτων θα συνεχίσει να καινοτομεί και να αναπτύσσεται, παρέχοντας ισχυρότερη υποστήριξη για την ευρεία εφαρμογή των σύνθετων ινών άνθρακα.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (επίσης whatsapp)
Τ:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Διεύθυνση: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Σαγκάη
Ώρα δημοσίευσης: Σεπ-04-2024