چرا الیاف کربن را برای تهیه کامپوزیت های فیبر کربن فعال می کنیم؟

در دوره امروز پیشرفت سریع فن آوری ، کامپوزیت های فیبر کربن به دلیل عملکرد برتر خود ، در طیف گسترده ای از زمینه ها نام خود را در طیف گسترده ای از زمینه ها ایجاد می کنند. از کاربردهای سطح بالا در هوافضا گرفته تا نیازهای روزانه کالاهای ورزشی ، کامپوزیت های فیبر کربن پتانسیل خوبی را نشان داده اند. با این حال ، برای تهیه کامپوزیت های فیبر کربن با کارایی بالا ، درمان فعال سازیالیاف کربنیک گام مهم است

 میکروسکوپ الکترونی سطح فیبر کربن

فیبر کربن ، یک ماده فیبر با کارایی بالا ، دارای خواص قانع کننده بسیاری است. این ماده عمدتاً از کربن تشکیل شده و دارای ساختار رشته ای دراز است. از نظر ساختار سطح ، سطح فیبر کربن نسبتاً صاف است و گروههای عملکردی فعال کمتری دارد. این امر به این دلیل است که در حین تهیه الیاف کربن ، کربن سازی با دمای بالا و سایر تیمارها باعث می شود سطح الیاف کربن حالت بی اثر تری داشته باشد. این خاصیت سطح مجموعه ای از چالش ها را برای تهیه کامپوزیت های فیبر کربن به ارمغان می آورد.

سطح صاف باعث می شود پیوند بین فیبر کربن و ماده ماتریس ضعیف باشد. در آماده سازی کامپوزیت ها ، برای مواد ماتریس دشوار است که پیوند محکمی بر روی سطح آن ایجاد کندفیبر کربن، که بر عملکرد کلی مواد کامپوزیت تأثیر می گذارد. ثانیا ، عدم وجود گروههای عملکردی فعال ، واکنش شیمیایی بین الیاف کربن و مواد ماتریس را محدود می کند. این امر باعث می شود پیوند بین سطحی بین این دو به طور عمده به اثرات فیزیکی ، مانند تعبیه مکانیکی و غیره متکی باشد ، که اغلب به اندازه کافی پایدار نیست و در هنگام قرار گرفتن در معرض نیروهای خارجی مستعد جدایی است.

نمودار شماتیک تقویت لایه لایه پارچه فیبر کربن توسط نانولوله های کربن

به منظور حل این مشکلات ، درمان فعال سازی الیاف کربن ضروری می شود. فعالالیاف کربنتغییرات قابل توجهی در چندین جنبه نشان می دهد.

درمان فعال سازی زبری سطح الیاف کربن را افزایش می دهد. از طریق اکسیداسیون شیمیایی ، درمان پلاسما و روشهای دیگر ، چاله های ریز و شیارها را می توان در سطح الیاف کربن قرار داد و سطح آن را خشن می کند. این سطح خشن باعث افزایش ناحیه تماس بین فیبر کربن و مواد بستر می شود که باعث بهبود پیوند مکانیکی بین این دو می شود. هنگامی که ماده ماتریس به فیبر کربن وصل می شود ، بهتر است خود را در این ساختارهای خشن جاسازی کند و پیوند قوی تری ایجاد کند.

درمان فعال سازی می تواند فراوانی از گروه های عملکردی واکنشی را بر روی سطح فیبر کربن معرفی کند. این گروه های عملکردی می توانند با گروههای عملکردی مربوطه در ماده ماتریس به صورت شیمیایی واکنش نشان دهند تا پیوندهای شیمیایی تشکیل شوند. به عنوان مثال ، درمان اکسیداسیون می تواند گروه های هیدروکسیل ، گروه های کربوکسیل و سایر گروه های عملکردی را بر روی سطح الیاف کربن معرفی کند ، که می تواند با آن واکنش نشان دهدحکیمگروه های موجود در ماتریس رزین و غیره برای تشکیل اوراق قرضه کووالانسی. استحکام این پیوند شیمیایی بسیار بیشتر از پیوند فیزیکی است که باعث افزایش استحکام پیوند بین سطحی بین فیبر کربن و ماده ماتریس می شود.

انرژی سطح فیبر کربن فعال نیز به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. افزایش انرژی سطح باعث می شود فیبر کربن توسط ماده ماتریس مرطوب شود ، بنابراین گسترش و نفوذ مواد ماتریس روی سطح فیبر کربن را تسهیل می کند. در فرآیند تهیه کامپوزیت ها ، مواد ماتریس می توانند به طور مساوی در اطراف الیاف کربن توزیع شوند تا یک ساختار متراکم تر تشکیل شود. این نه تنها خصوصیات مکانیکی مواد کامپوزیت را بهبود می بخشد ، بلکه سایر خصوصیات آن مانند مقاومت در برابر خوردگی و پایداری حرارتی را نیز بهبود می بخشد.

الیاف کربن فعال برای تهیه کامپوزیت های فیبر کربن از مزایای مختلفی برخوردار هستند.

از نظر خصوصیات مکانیکی ، قدرت پیوند بین سطحی بین فعال شدهالیاف کربنو ماده ماتریس به شدت بهبود یافته است ، که این کامپوزیت ها را قادر می سازد فشارهای بهتری را در معرض نیروهای خارجی قرار دهند. این بدان معنی است که خصوصیات مکانیکی کامپوزیت ها مانند استحکام و مدول به طور قابل توجهی بهبود می یابد. به عنوان مثال ، در میدان هوافضا ، که به خواص مکانیکی بسیار بالایی نیاز دارد ، قطعات هواپیمایی که با کامپوزیت های فیبر کربن فعال ساخته شده اند قادر به تحمل بارهای بیشتر پرواز و بهبود ایمنی و قابلیت اطمینان هواپیما هستند. در زمینه کالاهای ورزشی ، مانند قاب های دوچرخه ، کلوپ های گلف و غیره ، کامپوزیت های فیبر کربن فعال می توانند در عین حال کاهش وزن و بهبود تجربه ورزشکاران ، قدرت و سفتی بهتری داشته باشند.

از نظر مقاومت در برابر خوردگی ، به دلیل معرفی گروه های عملکردی واکنشی بر روی سطح الیاف کربن فعال ، این گروه های عملکردی می توانند پیوند شیمیایی پایدارتر را با ماده ماتریس تشکیل دهند ، بنابراین مقاومت در برابر خوردگی کامپوزیت ها را بهبود می بخشند. در برخی از شرایط سخت محیطی ، مانند محیط دریایی ، صنعت شیمیایی و غیره ، فعال شدهکامپوزیت های فیبر کربنمی تواند در برابر فرسایش رسانه های خورنده بهتر مقاومت کند و عمر خدمات را گسترش دهد. این برای برخی از تجهیزات و سازه هایی که برای مدت طولانی در محیط های سخت مورد استفاده قرار می گیرند ، از اهمیت زیادی برخوردار است.

از نظر پایداری حرارتی ، پیوند بین سطحی خوب بین فیبر کربن فعال و ماده ماتریس می تواند پایداری حرارتی کامپوزیت ها را بهبود بخشد. در محیط درجه حرارت بالا ، کامپوزیت ها می توانند خواص مکانیکی بهتری و پایداری بعدی را حفظ کنند و کمتر مستعد تغییر شکل و آسیب هستند. این امر باعث می شود کامپوزیت های فیبر کربن فعال شده از کاربردهای گسترده ای در برنامه های درجه حرارت بالا مانند قطعات موتور خودرو و قطعات پایان داغ موتور حمل و نقل هوایی برخوردار باشند.

از نظر عملکرد پردازش ، الیاف کربن فعال شده فعالیت سطح و سازگاری بهتر با مواد ماتریس را افزایش داده اند. این امر باعث می شود تا مواد ماتریس در هنگام تهیه مواد کامپوزیت ، نفوذ و درمان بر روی سطح فیبر کربن را آسانتر کنند ، بنابراین باعث بهبود راندمان پردازش و کیفیت محصول می شوند. در عین حال ، قابلیت طراحی کامپوزیت های فیبر کربن فعال نیز افزایش یافته است و به آنها امکان می دهد تا برای برنامه های مختلف سفارشی شوند و انواع نیازهای مهندسی پیچیده را برآورده کنند.

بنابراین ، درمان فعال سازیالیاف کربنیک پیوند کلیدی در تهیه کامپوزیت های فیبر کربن با کارایی بالا است. از طریق درمان فعال سازی ، می توان ساختار سطح فیبر کربن را برای افزایش زبری سطح ، معرفی گروه های عملکردی فعال و بهبود انرژی سطح بهبود بخشید ، به منظور بهبود استحکام پیوند بین سطحی بین فیبر کربن و مواد ماتریس و پایه گذاری برای تهیه کامپوزیت های فیبر کربن با خصوصیات مکانیکی عالی ، مقاومت در برابر خوردگی ، پایداری حرارتی و عملکرد پردازش. با پیشرفت مداوم علم و فناوری ، اعتقاد بر این است که فناوری فعال سازی فیبر کربن به نوآوری و توسعه ادامه خواهد داد و پشتیبانی قوی تری برای استفاده گسترده از کامپوزیت های فیبر کربن فراهم می کند.

شرکت جدید فناوری Material Material Shanghai Orisen ، Ltd
M: +86 18683776368 (همچنین WhatsApp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
آدرس: No.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District ، شانگهای