Tänapäeva kiire tehnoloogilise arengu ajastul annavad süsinikkiust komposiidid oma parema jõudluse tõttu endale nime laias valikus. Alates kosmose tipptasemel rakendustest kuni sporditarvete igapäevaste vajadusteni on süsinikkiust komposiidid näidanud suurt potentsiaali. Suure jõudlusega süsinikkiu komposiitide valmistamisekssüsinikkiudon ülioluline samm.
Süsinikkiudude pinna elektronmikroskoobi pilt
Süsinikkiududel, kõrgjõudlusega kiudainetel, on palju kaalukaid omadusi. See koosneb peamiselt süsinikust ja sellel on piklik hõõgniit. Pinna struktuuri seisukohast on süsinikkiu pind suhteliselt sile ja sellel on vähem aktiivseid funktsionaalrühmi. See on tingitud asjaolust, et süsinikkiudude valmistamise ajal muudavad suure temperatuuriga karboniseerimise ja muud töötlused süsinikkiudude pinnaks inertsemaks. See pinnaomadus toob süsinikkiu komposiitide valmistamisele rea väljakutseid.
Sile pind muudab sideme süsinikkiu ja maatriksi materjali vahel nõrgaks. Komposiitide valmistamisel on maatriksi materjalil raske moodustada tugevat sidetsüsinikkiud, mis mõjutab komposiitmaterjali üldist jõudlust. Teiseks piirab aktiivsete funktsionaalsete rühmade puudumine süsinikkiudude ja maatriksi materjalide keemilist reaktsiooni. See muudab nende kahe vahelise sideme kahe vahel peamiselt füüsilistele mõjudele, näiteks mehaanilisele manustamisele jne, mis pole sageli piisavalt stabiilne ja on väliste jõudude allumisel kalduvus eraldada.
Süsinikkiust riide tugevdamise skemaatiline diagramm süsiniknanotorude abil
Nende probleemide lahendamiseks osutub vajalik süsinikkiudude aktiveerimine. Aktiveeritudsüsinikkiudnäidata olulisi muutusi mitmes aspektis.
Aktiveerimise töötlemine suurendab süsinikukiudude pinna karedust. Keemilise oksüdeerimise, plasma töötlemise ja muude meetodite abil saab pisikesi šahti ja soonte süsinikukiudude pinnale söövitada, muutes pinna karedaks. See kare pind suurendab süsinikkiu ja substraadi materjali vahelist kontaktpinda, mis parandab nende kahe mehaanilist sidet. Kui maatriksmaterjal on seotud süsinikkiuga, on see paremini võimeline end nendesse karedatesse struktuuridesse manustama, moodustades tugevama sideme.
Aktiveerimise töötlemine võib süsinikkiu pinnal viia reaktiivsete funktsionaalsete rühmade arvukusesse. Need funktsionaalrühmad saavad keemiliste sidemete moodustamiseks keemiliselt reageerida keemiliselt maatriksi materjalis. Näiteks võib oksüdatsiooniravi tuua süsinikukiudude pinnale hüdroksüülrühmi, karboksüülrühmi ja muid funktsionaalrühmi, mis võivad reageeridaepoksürühmad vaigu maatriksis ja nii edasi, et moodustada kovalentseid sidemeid. Selle keemilise sideme tugevus on palju suurem kui füüsikalisel sidumisel, mis parandab oluliselt süsinikkiu ja maatriksi materjali vahelist pindade sidumistugevust.
Ka aktiveeritud süsinikkiu pinnaenergia suureneb märkimisväärselt. Pinnaenergia suurenemine hõlbustab süsinikkiust maatriksi materjali niisutamise, hõlbustades sellega maatriksi materjali levikut ja läbitungimist süsinikkiu pinnal. Komposiitide valmistamise protsessis saab maatriksmaterjali süsinikkiudude ümber ühtlasemalt jaotada, et moodustada tihedam struktuur. See mitte ainult ei paranda liitmaterjali mehaanilisi omadusi, vaid parandab ka selle muid omadusi, näiteks korrosioonikindlus ja termiline stabiilsus.
Aktiveeritud süsinikkiududel on süsinikkiu komposiitide valmistamiseks mitu eelist.
Mehaaniliste omaduste osas pindade sidumistugevus aktiveeritudsüsinikkiudja maatriksi materjal on oluliselt paranenud, mis võimaldab komposiitel paremaid stressi väliste jõudude korral üle kanda. See tähendab, et komposiitide nagu tugevus ja moodul on märkimisväärselt paranenud. Näiteks kosmoseväljal, mis nõuab äärmiselt kõrgeid mehaanilisi omadusi, suudavad aktiveeritud süsinikkiust komposiitidega valmistatud õhusõidukid taluda suuremat lennukoormust ning parandada lennuki ohutust ja töökindlust. Sporditarvete, näiteks jalgrattaraamide, golfiklubide jms valdkonnas võivad aktiveeritud süsinikkiust komposiidid pakkuda paremat jõudu ja jäikust, vähendades samal ajal kaalu ja parandades sportlaste kogemusi.
Korrosioonikindluse osas võivad need funktsionaalsed rühmad reaktiivsete funktsionaalsete rühmade sissetoomise tõttu moodustada stabiilsema keemilise sideme maatriksi materjaliga, parandades sellega komposiitide korrosioonikindlust. Mõnedes karmides keskkonnatingimustes, näiteks merekeskkond, keemiatööstus jne, aktiveeritudsüsinikkiust komposiididsuudab paremini vastu seista söövitava meediumi erosioonile ja pikendada kasutusaega. See on mõne seadme ja ehitiste jaoks, mida kasutatakse pikka aega karmis keskkonnas, suurt tähtsust.
Termilise stabiilsuse osas võib aktiveeritud süsinikkiu ja maatriksmaterjali hea pindadevaheline side parandada komposiitide termilist stabiilsust. Kõrge temperatuuriga keskkonnas saavad komposiidid säilitada paremaid mehaanilisi omadusi ja mõõtmete stabiilsust ning on vähem altid deformatsioonile ja kahjustustele. See muudab aktiveeritud süsinikkiust komposiitidel laiemate rakenduste väljavaated kõrgtemperatuurides, näiteks automootori osad ja lennundusmootori kuuma otsa osad.
Töötlemise jõudluse osas on aktiveeritud süsinikkiududel suurenenud pinna aktiivsus ja parem ühilduvus maatriksi materjaliga. See hõlbustab maatriksi materjali süsinikkiu pinnale infiltreerumist ja ravida komposiitmaterjali valmistamise ajal, parandades sellega töötlemise efektiivsust ja toote kvaliteeti. Samal ajal on täiustatud ka aktiveeritud süsinikkiust komposiitide määramine, mis võimaldab neid erinevate rakenduste jaoks kohandada ja täita mitmesuguseid keerulisi insenerinõudeid.
Seetõttu aktiveerimise ravisüsinikkiudon peamine seos suure jõudlusega süsinikkiust komposiitide valmistamisel. Aktiveerimise töötlemise kaudu saab süsinikkiudude pinnastruktuuri parandada, et suurendada pinna karedust, tutvustada aktiivseid funktsionaalrühmi ja parandada pinnaenergiat, et parandada süsinikkiu ja maatriksmaterjali vahelise pindadevahelise sideme tugevust ning panna vundament süsinikkiust komposiitide ettevalmistamiseks suurepäraste mehaaniliste omaduste, korrosioonirentifitseerimise, termilise stabiilsuse ja töötlemise tulemustega. Teaduse ja tehnoloogia pideva arenguga arvatakse, et süsinikkiudu aktiveerimise tehnoloogia jätkab uuendusi ja arenemist, pakkudes tugevamat tuge süsinikkiust komposiitide laialdasele rakendusele.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (ka WhatsApp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Aadress: nr 398 Uus Green Road Xinbang Town Songjiangi ringkond, Shanghai
Postiaeg: september-04-2024