En la era actual de rápidos avances tecnológicos, los compuestos de fibra de carbono se están haciendo un nombre en una amplia gama de campos debido a su rendimiento superior. Desde aplicaciones de alta gama en el sector aeroespacial hasta las necesidades diarias de artículos deportivos, los compuestos de fibra de carbono han demostrado un gran potencial. Sin embargo, para preparar compuestos de fibra de carbono de alto rendimiento, el tratamiento de activación defibras de carbonoes un paso crucial.
Imagen de microscopio electrónico de superficie de fibra de carbono.
La fibra de carbono, un material de fibra de alto rendimiento, tiene muchas propiedades convincentes. Está compuesto principalmente de carbono y tiene una estructura filamentosa alargada. Desde el punto de vista de la estructura de la superficie, la superficie de la fibra de carbono es relativamente lisa y tiene menos grupos funcionales activos. Esto se debe a que durante la preparación de las fibras de carbono, la carbonización a alta temperatura y otros tratamientos hacen que la superficie de las fibras de carbono presente un estado más inerte. Esta propiedad de la superficie plantea una serie de desafíos para la preparación de compuestos de fibra de carbono.
La superficie lisa debilita la unión entre la fibra de carbono y el material de la matriz. En la preparación de composites, es difícil que el material de la matriz forme una unión fuerte sobre la superficie delfibra de carbono, lo que afecta el rendimiento general del material compuesto. En segundo lugar, la falta de grupos funcionales activos limita la reacción química entre las fibras de carbono y los materiales de la matriz. Esto hace que la unión interfacial entre los dos dependa principalmente de efectos físicos, como la incrustación mecánica, etc., que a menudo no es lo suficientemente estable y es propenso a separarse cuando se somete a fuerzas externas.
Diagrama esquemático del refuerzo entre capas de tela de fibra de carbono mediante nanotubos de carbono.
Para solucionar estos problemas, se hace necesario un tratamiento de activación de las fibras de carbono. Activadofibras de carbonomuestran cambios significativos en varios aspectos.
El tratamiento de activación aumenta la rugosidad de la superficie de las fibras de carbono. Mediante oxidación química, tratamiento con plasma y otros métodos, se pueden grabar pequeños hoyos y ranuras en la superficie de las fibras de carbono, haciendo que la superficie sea rugosa. Esta superficie rugosa aumenta el área de contacto entre la fibra de carbono y el material del sustrato, lo que mejora la unión mecánica entre ambos. Cuando el material de la matriz se une a la fibra de carbono, es más capaz de incrustarse en estas estructuras rugosas, formando una unión más fuerte.
El tratamiento de activación puede introducir una gran cantidad de grupos funcionales reactivos en la superficie de la fibra de carbono. Estos grupos funcionales pueden reaccionar químicamente con los grupos funcionales correspondientes en el material de la matriz para formar enlaces químicos. Por ejemplo, el tratamiento de oxidación puede introducir grupos hidroxilo, grupos carboxilo y otros grupos funcionales en la superficie de las fibras de carbono, que pueden reaccionar con elepoxygrupos en la matriz de resina y así sucesivamente para formar enlaces covalentes. La fuerza de este enlace químico es mucho mayor que la del enlace físico, lo que mejora en gran medida la fuerza del enlace interfacial entre la fibra de carbono y el material de la matriz.
La energía superficial de la fibra de carbón activado también aumenta significativamente. El aumento de la energía superficial facilita que la fibra de carbono sea humedecida por el material de matriz, facilitando así la extensión y penetración del material de matriz en la superficie de la fibra de carbono. En el proceso de preparación de compuestos, el material de la matriz se puede distribuir de manera más uniforme alrededor de las fibras de carbono para formar una estructura más densa. Esto no sólo mejora las propiedades mecánicas del material compuesto, sino que también mejora sus otras propiedades, como la resistencia a la corrosión y la estabilidad térmica.
Las fibras de carbón activado tienen múltiples ventajas para la preparación de compuestos de fibra de carbono.
En términos de propiedades mecánicas, la fuerza de unión interfacial entre el activadofibras de carbonoy el material de la matriz ha mejorado enormemente, lo que permite que los compuestos transfieran mejor las tensiones cuando se someten a fuerzas externas. Esto significa que las propiedades mecánicas de los compuestos, como la resistencia y el módulo, mejoran significativamente. Por ejemplo, en el campo aeroespacial, que requiere propiedades mecánicas extremadamente altas, las piezas de aeronaves fabricadas con compuestos de fibra de carbón activado son capaces de soportar mayores cargas de vuelo y mejorar la seguridad y confiabilidad de la aeronave. En el campo de los artículos deportivos, como cuadros de bicicletas, palos de golf, etc., los compuestos de fibra de carbón activado pueden proporcionar mayor resistencia y rigidez, al tiempo que reducen el peso y mejoran la experiencia de los atletas.
En términos de resistencia a la corrosión, debido a la introducción de grupos funcionales reactivos en la superficie de las fibras de carbón activado, estos grupos funcionales pueden formar enlaces químicos más estables con el material de la matriz, mejorando así la resistencia a la corrosión de los compuestos. En algunas condiciones ambientales adversas, como el entorno marino, la industria química, etc., el activadocompuestos de fibra de carbonoPuede resistir mejor la erosión de medios corrosivos y extender la vida útil. Esto es de gran importancia para algunos equipos y estructuras que se utilizan en entornos hostiles durante mucho tiempo.
En términos de estabilidad térmica, una buena unión interfacial entre la fibra de carbón activado y el material de la matriz puede mejorar la estabilidad térmica de los compuestos. En ambientes de alta temperatura, los compuestos pueden mantener mejores propiedades mecánicas y estabilidad dimensional, y son menos propensos a deformarse y dañarse. Esto hace que los compuestos de fibra de carbón activado tengan amplias perspectivas de aplicación en aplicaciones de alta temperatura, como piezas de motores de automóviles y piezas de extremo caliente de motores de aviación.
En términos de rendimiento de procesamiento, las fibras de carbón activado tienen una mayor actividad superficial y una mejor compatibilidad con el material de la matriz. Esto facilita que el material de la matriz se infiltre y cure en la superficie de la fibra de carbono durante la preparación del material compuesto, mejorando así la eficiencia del procesamiento y la calidad del producto. Al mismo tiempo, también se mejora la designabilidad de los compuestos de fibra de carbón activado, lo que permite personalizarlos para diferentes aplicaciones y cumplir con una variedad de requisitos de ingeniería complejos.
Por lo tanto, el tratamiento de activación defibras de carbonoEs un eslabón clave en la preparación de compuestos de fibra de carbono de alto rendimiento. Mediante el tratamiento de activación, se puede mejorar la estructura de la superficie de la fibra de carbono para aumentar la rugosidad de la superficie, introducir grupos funcionales activos y mejorar la energía superficial, a fin de mejorar la fuerza de unión interfacial entre la fibra de carbono y el material de la matriz, y sentar las bases. para la preparación de compuestos de fibra de carbono con excelentes propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión, estabilidad térmica y rendimiento de procesamiento. Con el progreso continuo de la ciencia y la tecnología, se cree que la tecnología de activación de fibra de carbono continuará innovando y desarrollándose, brindando un apoyo más fuerte para la amplia aplicación de los compuestos de fibra de carbono.
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Hora de publicación: 04-sep-2024