En la era actual de avance tecnológico rápido, 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 las necesidades aeroespaciales hasta las necesidades diarias de los artículos deportivos, los compuestos de fibra de carbono han mostrado 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 del microscopio electrónico de la superficie de fibra de carbono
La fibra de carbono, un material de fibra de alto rendimiento, tiene muchas propiedades convincentes. Se compone principalmente de carbono y tiene una estructura filamentaria 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 al hecho de que durante la preparación de fibras de carbono, la carbonización de alta temperatura y otros tratamientos hacen que la superficie de las fibras de carbono presente un estado más inerte. Esta propiedad de superficie trae una serie de desafíos a la preparación de compuestos de fibra de carbono.
La superficie lisa debilita el enlace entre la fibra de carbono y el material de la matriz. En la preparación de compuestos, es difícil para el material de la matriz formar un enlace fuerte en la superficie delfibra de carbono, 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 propensa a la separación cuando se somete a fuerzas externas.
Diagrama esquemático de refuerzo entre capas de tela de fibra de carbono por nanotubos de carbono
Para resolver estos problemas, el tratamiento de activación de las fibras de carbono se hace necesario. Activadofibras de carbonoMuestra cambios significativos en varios aspectos.
El tratamiento de activación aumenta la rugosidad de la superficie de las fibras de carbono. A través de la oxidación química, el tratamiento con plasma y otros métodos, se pueden grabar pequeños pozos y surcos en la superficie de las fibras de carbono, lo que hace 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 el enlace mecánico entre los dos. Cuando el material de la matriz está unido a la fibra de carbono, es mejor incapaces en estas estructuras ásperas, formando un enlace más fuerte.
El tratamiento de activación puede introducir una abundancia 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 con oxidación puede introducir grupos hidroxilo, grupos carboxilo y otros grupos funcionales en la superficie de las fibras de carbono, lo que puede 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 de la unión física, lo que mejora en gran medida la resistencia de unión interfacial entre la fibra de carbono y el material de la matriz.
La energía superficial de la fibra de carbono activada también aumenta significativamente. El aumento de la energía superficial facilita que la fibra de carbono sea humedecida por el material de la matriz, lo que facilita la propagación y la penetración del material de la matriz en la superficie de la fibra de carbono. En el proceso de preparación de compuestos, el material de la matriz se puede distribuir más uniformemente alrededor de las fibras de carbono para formar una estructura más densa. Esto no solo 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 carbono activadas tienen múltiples ventajas para la preparación de compuestos de fibra de carbono.
En términos de propiedades mecánicas, la resistencia de unión interfacial entre el activadofibras de carbonoy el material de la matriz mejora enormemente, lo que permite a los compuestos transferir 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 hechas con compuestos de fibra de carbono activados pueden soportar mayores cargas de vuelo y mejorar la seguridad y la confiabilidad de la aeronave. En el campo de los artículos deportivos, como marcos de bicicletas, clubes de golf, etc., los compuestos activados de fibra de carbono pueden proporcionar una mejor fuerza y rigidez, al tiempo que reducen el peso y la mejora de 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 carbono activadas, estos grupos funcionales pueden formar unión química más estable con el material de la matriz, mejorando así la resistencia a la corrosión de los compuestos. En algunas condiciones ambientales duras, como el medio ambiente marino, la industria química, etc., el activadocompuestos de fibra de carbonopuede resistir mejor la erosión de los medios corrosivos y extender la vida útil. Esto es de gran importancia para algunos equipos y estructuras que se utilizan en entornos duros durante mucho tiempo.
En términos de estabilidad térmica, la buena unión interfacial entre la fibra de carbono activada y el material de la matriz puede mejorar la estabilidad térmica de los compuestos. Bajo el entorno de alta temperatura, los compuestos pueden mantener mejores propiedades mecánicas y estabilidad dimensional, y son menos propensos a la deformación y el daño. Esto hace que los compuestos de fibra de carbono activados tengan amplias perspectivas de aplicaciones en aplicaciones de alta temperatura, como piezas de motor automotriz y piezas de extremo caliente del motor de aviación.
En términos de rendimiento del procesamiento, las fibras de carbono activadas han aumentado la actividad superficial y una mejor compatibilidad con el material de la matriz. Esto facilita que el material de la matriz se infiltren y se 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, la designabilidad de los compuestos de fibra de carbono activados también se mejora, lo que les permite personalizar para diferentes aplicaciones y cumplir con una variedad de requisitos de ingeniería complejos.
Por lo tanto, el tratamiento de activación defibras de carbonoes un enlace clave en la preparación de compuestos de fibra de carbono de alto rendimiento. A través del tratamiento de activación, la estructura de la superficie de la fibra de carbono se puede mejorar para aumentar la rugosidad de la superficie, introducir grupos funcionales activos y mejorar la energía superficial, a fin de mejorar la resistencia de unión interfacial entre la fibra de carbono y el material de la matriz, y establecer las bases para la preparación de compuestos de fibra de carbono con excelentes propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión, estabilidad térmica y rendimiento del procesamiento. Con el progreso continuo de la ciencia y la tecnología, se cree que la tecnología de activación de la fibra de carbono continuará innovando y desarrollándose, proporcionando un apoyo más fuerte para la amplia aplicación de los compuestos de fibra de carbono.
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Tiempo de publicación: sep-04-2024