Tänapäeva kiire tehnoloogilise arengu ajastul teevad süsinikkiust komposiidid oma suurepärase jõudluse tõttu endale nime paljudes valdkondades. Süsinikkiust komposiidid on näidanud suurt potentsiaali alates tipptasemel rakendustest kosmosetööstuses kuni spordikaupade igapäevaste vajadusteni. Kõrge jõudlusega süsinikkiust komposiitide valmistamiseks tuleb aga aktiveeridasüsinikkiudon otsustav samm.
Süsinikkiust pinna elektronmikroskoobi pilt
Süsinikkiul, suure jõudlusega kiudmaterjalil, on palju mõjuvaid omadusi. See koosneb peamiselt süsinikust ja on pikliku niitstruktuuriga. Pinnastruktuuri seisukohalt on süsinikkiu pind suhteliselt sile ja selles on vähem aktiivseid funktsionaalrühmi. See on tingitud asjaolust, et süsinikkiudude valmistamise ajal muudavad süsinikkiudude pinna inertses seisukorras kõrgtemperatuuriline karboniseerimine ja muud töötlused. See pinnaomadus toob süsinikkiust komposiitide valmistamisel kaasa rea väljakutseid.
Sile pind muudab süsinikkiu ja maatriksmaterjali vahelise sideme nõrgaks. Komposiitide valmistamisel on maatriksmaterjalil raske moodustada tugeva sideme pinnale.süsinikkiud, mis mõjutab komposiitmaterjali üldist jõudlust. Teiseks piirab aktiivsete funktsionaalrühmade puudumine süsinikkiudude ja maatriksmaterjalide vahelist keemilist reaktsiooni. Seetõttu tugineb nende kahe liidese side peamiselt füüsilistele mõjudele, nagu mehaaniline kinnistamine jne, mis ei ole sageli piisavalt stabiilne ja on väliste jõudude mõjul kalduvus eralduma.
Süsinikkiudkanga kihtidevahelise tugevdamise skemaatiline diagramm süsiniknanotorudega
Nende probleemide lahendamiseks muutub vajalikuks süsinikkiudude aktiveerimine. Aktiveeritudsüsinikkiudnäitavad olulisi muutusi mitmes aspektis.
Aktiveerimistöötlus suurendab süsinikkiudude pinnakaredust. Keemilise oksüdatsiooni, plasmatöötluse ja muude meetodite abil saab süsinikkiudude pinnale söövitada pisikesi süvendeid ja sooni, muutes pinna karedaks. See kare pind suurendab süsinikkiu ja substraadi materjali vahelist kontaktpinda, mis parandab nende kahe vahelist mehaanilist sidet. Kui maatriksmaterjal on süsinikkiuga seotud, suudab see paremini nendesse karedatesse struktuuridesse kinnituda, moodustades tugevama sideme.
Aktiveerimistöötlus võib tuua süsinikkiu pinnale arvukalt reaktiivseid funktsionaalrühmi. Need funktsionaalrühmad võivad reageerida keemiliselt maatriksi materjali vastavate funktsionaalrühmadega, moodustades keemilisi sidemeid. Näiteks võib oksüdatsiooniga töötlemine viia süsinikkiudude pinnale hüdroksüülrühmad, karboksüülrühmad ja muud funktsionaalsed rühmad, mis võivad reageeridaepoksiidrühmad vaigumaatriksis ja nii edasi kovalentsete sidemete moodustamiseks. Selle keemilise sideme tugevus on palju suurem kui füüsikalise sideme tugevus, mis parandab oluliselt süsinikkiu ja maatriksmaterjali vahelist liidese tugevust.
Samuti suureneb oluliselt aktiivsöe kiu pinnaenergia. Pinnaenergia suurenemine muudab süsinikkiu maatriksmaterjali poolt märjakssaamise lihtsamaks, hõlbustades seega maatriksmaterjali levikut ja tungimist süsinikkiu pinnale. Komposiitide valmistamise protsessis saab maatriksmaterjali ühtlasemalt süsinikkiudude ümber jaotada, et moodustada tihedam struktuur. See mitte ainult ei paranda komposiitmaterjali mehaanilisi omadusi, vaid parandab ka selle muid omadusi, nagu korrosioonikindlus ja termiline stabiilsus.
Aktiivsöe kiududel on süsinikkiust komposiitide valmistamisel mitmeid eeliseid.
Seoses mehaaniliste omadustega liidese sidumise tugevus aktiveeritud vahelsüsinikkiudja maatriksmaterjal on oluliselt täiustatud, mis võimaldab komposiitidel välisjõudude mõjul pingeid paremini üle kanda. See tähendab, et komposiitide mehaanilised omadused nagu tugevus ja moodul paranevad oluliselt. Näiteks ülikõrgeid mehaanilisi omadusi nõudvas kosmosevaldkonnas on aktiivsöe kiudkomposiitmaterjalidest valmistatud lennukiosad võimelised taluma suuremaid lennukoormusi ning parandama lennuki ohutust ja töökindlust. Spordikaupade valdkonnas, nagu jalgrattaraamid, golfikepid jne, võivad aktiivsöe kiudkomposiidid pakkuda paremat tugevust ja jäikust, vähendades samal ajal kaalu ja parandades sportlaste kogemusi.
Mis puutub korrosioonikindlusse, siis tänu aktiivsöe kiudude pinnale reaktiivsete funktsionaalrühmade sisseviimisele võivad need funktsionaalrühmad moodustada maatriksmaterjaliga stabiilsema keemilise sideme, parandades seeläbi komposiitide korrosioonikindlust. Mõnedes karmides keskkonnatingimustes, nagu merekeskkond, keemiatööstus jne, aktiveeritaksesüsinikkiust komposiididsuudab paremini vastu seista söövitava kandja erosioonile ja pikendada kasutusiga. See on väga oluline mõnede seadmete ja konstruktsioonide puhul, mida kasutatakse pikka aega karmides keskkondades.
Termilise stabiilsuse osas võib aktiivsöe kiu ja maatriksmaterjali vaheline hea liidese side parandada komposiitide termilist stabiilsust. Kõrge temperatuuriga keskkonnas suudavad komposiidid säilitada paremaid mehaanilisi omadusi ja mõõtmete stabiilsust ning on vähem altid deformatsioonile ja kahjustustele. Tänu sellele on aktiivsöe kiudkomposiitidel laialdased kasutusvõimalused kõrgtemperatuurilistes rakendustes, nagu automootorite osad ja lennukimootorite kuumad osad.
Töötlemisvõime osas on aktiivsöe kiududel suurenenud pinnaaktiivsus ja parem ühilduvus maatriksmaterjaliga. See hõlbustab maatriksmaterjali imbumist ja kõvenemist süsinikkiu pinnale komposiitmaterjali valmistamise ajal, parandades nii töötlemise efektiivsust ja toote kvaliteeti. Samal ajal paraneb ka aktiivsöe kiudkomposiitide disainitavus, mis võimaldab neid kohandada erinevate rakenduste jaoks ja täita mitmesuguseid keerulisi insenerinõudeid.
Seetõttu aktiveeritakse ravisüsinikkiudon võtmelüli suure jõudlusega süsinikkiust komposiitide valmistamisel. Aktiveerimistöötluse abil saab süsinikkiu pinnastruktuuri parandada, et suurendada pinna karedust, lisada aktiivseid funktsionaalrühmi ja parandada pinnaenergiat, et parandada süsinikkiu ja maatriksmaterjali liidese tugevust ning panna alus. suurepäraste mehaaniliste omaduste, korrosioonikindluse, termilise stabiilsuse ja töötlemisvõimega süsinikkiust komposiitide valmistamiseks. Teaduse ja tehnoloogia pideva arenguga usutakse, et süsinikkiust aktiveerimise tehnoloogia jätkab uuendusi ja arengut, pakkudes tugevamat toetust süsinikkiust komposiitide laialdasele kasutamisele.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (ka whatsapp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Aadress: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Postitusaeg: 04.04.2024