Nykypäivän nopean teknologisen kehityksen aikakaudella hiilikuitukomposiitit tekevät nimeä monilla aloilla erinomaisen suorituskyvynsä ansiosta. Hiilikuitukomposiitit ovat osoittaneet suurta potentiaalia huippuluokan sovelluksista ilmailualalla urheiluvälineiden päivittäisiin tarpeisiin. Kuitenkin valmistaa korkean suorituskyvyn hiilikuitukomposiitit, aktivointi käsittelyhiilikuitujaon ratkaiseva askel.
Hiilikuitupinnan elektronimikroskoopin kuva
Hiilikuidulla, korkean suorituskyvyn kuitumateriaalilla, on monia vakuuttavia ominaisuuksia. Se koostuu pääasiassa hiilestä ja sillä on pitkänomainen säierakenne. Pintarakenteen kannalta hiilikuidun pinta on suhteellisen sileä ja siinä on vähemmän aktiivisia funktionaalisia ryhmiä. Tämä johtuu siitä, että hiilikuitujen valmistuksen aikana korkean lämpötilan hiiletys ja muut käsittelyt tekevät hiilikuitujen pinnasta inertisemmän. Tämä pintaominaisuus tuo joukon haasteita hiilikuitukomposiittien valmistukseen.
Sileä pinta tekee hiilikuidun ja matriisimateriaalin välisen sidoksen heikoksi. Komposiittien valmistuksessa matriisimateriaalin on vaikea muodostaa vahvaa sidosta materiaalin pintaan.hiilikuitua, joka vaikuttaa komposiittimateriaalin yleiseen suorituskykyyn. Toiseksi aktiivisten funktionaalisten ryhmien puute rajoittaa hiilikuitujen ja matriisimateriaalien välistä kemiallista reaktiota. Tämän vuoksi näiden kahden välinen rajapintojen sidos riippuu pääasiassa fysikaalisista vaikutuksista, kuten mekaanisesta upottamisesta jne., joka ei usein ole riittävän vakaa ja on altis erottumiselle, kun siihen kohdistuu ulkoisia voimia.
Kaaviokaavio hiilikuitukankaan kerrosten välisestä vahvistamisesta hiilinanoputkilla
Näiden ongelmien ratkaisemiseksi hiilikuitujen aktivointikäsittely tulee välttämättömäksi. Aktivoituhiilikuitujaosoittavat merkittäviä muutoksia useissa asioissa.
Aktivointikäsittely lisää hiilikuitujen pinnan karheutta. Kemiallisen hapettumisen, plasmakäsittelyn ja muiden menetelmien avulla hiilikuitujen pintaan voidaan syövyttää pieniä kuoppia ja uria, jolloin pinta karheutuu. Tämä karkea pinta lisää kosketuspinta-alaa hiilikuidun ja alustamateriaalin välillä, mikä parantaa näiden kahden välistä mekaanista sidosta. Kun matriisimateriaali sidotaan hiilikuituun, se pystyy paremmin uppoutumaan näihin karkeisiin rakenteisiin muodostaen vahvemman sidoksen.
Aktivointikäsittely voi tuoda runsaasti reaktiivisia funktionaalisia ryhmiä hiilikuidun pinnalle. Nämä funktionaaliset ryhmät voivat reagoida kemiallisesti vastaavien funktionaalisten ryhmien kanssa matriisimateriaalissa muodostaen kemiallisia sidoksia. Esimerkiksi hapetuskäsittely voi tuoda hiilikuitujen pinnalle hydroksyyliryhmiä, karboksyyliryhmiä ja muita funktionaalisia ryhmiä, jotka voivat reagoidaepoksiryhmiä hartsimatriisissa ja niin edelleen kovalenttisten sidosten muodostamiseksi. Tämän kemiallisen sidoksen lujuus on paljon suurempi kuin fysikaalisen sidoksen, mikä parantaa huomattavasti hiilikuidun ja matriisimateriaalin välistä rajapintojen sidoslujuutta.
Myös aktiivihiilikuidun pintaenergia kasvaa merkittävästi. Pintaenergian kasvu helpottaa hiilikuidun kastumista matriisimateriaalilla, mikä helpottaa matriisimateriaalin leviämistä ja tunkeutumista hiilikuidun pinnalle. Komposiittien valmistusprosessissa matriisimateriaali voidaan jakaa tasaisemmin hiilikuitujen ympärille tiiviimmän rakenteen muodostamiseksi. Tämä ei ainoastaan paranna komposiittimateriaalin mekaanisia ominaisuuksia, vaan parantaa myös sen muita ominaisuuksia, kuten korroosionkestävyyttä ja lämpöstabiilisuutta.
Aktiivihiilikuiduilla on useita etuja hiilikuitukomposiittien valmistuksessa.
Mitä tulee mekaanisiin ominaisuuksiin, rajapinnan sidoslujuus aktivoitujen välillähiilikuitujaja matriisimateriaalia on parannettu huomattavasti, mikä mahdollistaa komposiittien välisen jännityksen siirtämisen paremmin, kun niihin kohdistuu ulkoisia voimia. Tämä tarkoittaa, että komposiittien mekaaniset ominaisuudet, kuten lujuus ja moduuli, paranevat merkittävästi. Esimerkiksi erittäin korkeita mekaanisia ominaisuuksia vaativalla ilmailualalla aktiivihiilikuitukomposiiteista valmistetut lentokoneen osat kestävät suurempia lentokuormia ja parantavat lentokoneen turvallisuutta ja luotettavuutta. Urheiluvälineissä, kuten polkupyörän rungoissa, golfmailoissa jne., aktiivihiilikuitukomposiitit voivat tarjota parempaa lujuutta ja jäykkyyttä samalla, kun ne vähentävät painoa ja parantavat urheilijoiden kokemusta.
Korroosionkestävyyden kannalta voidaan todeta, että aktiivihiilikuitujen pintaan joutuvien reaktiivisten funktionaalisten ryhmien ansiosta nämä funktionaaliset ryhmät voivat muodostaa vakaamman kemiallisen sidoksen matriisimateriaalin kanssa, mikä parantaa komposiittien korroosionkestävyyttä. Joissakin ankarissa ympäristöolosuhteissa, kuten meriympäristössä, kemianteollisuudessa jne., aktivoidaanhiilikuitukomposiititkestää paremmin syövyttävien väliaineiden kulumista ja pidentää käyttöikää. Tällä on suuri merkitys joillekin laitteille ja rakenteille, joita käytetään pitkään ankarissa ympäristöissä.
Lämpöstabiilisuuden kannalta hyvä aktiivihiilikuidun ja matriisimateriaalin välinen rajapintojen sidos voi parantaa komposiittien lämpöstabiilisuutta. Korkeassa lämpötilassa komposiitit voivat säilyttää paremmat mekaaniset ominaisuudet ja mittastabiilisuuden, ja ne ovat vähemmän alttiita muodonmuutoksille ja vaurioille. Tämän ansiosta aktiivihiilikuitukomposiiteilla on laajat käyttömahdollisuudet korkeissa lämpötiloissa, kuten autojen moottoreiden osissa ja lentokonemoottorien kuumapään osissa.
Käsittelysuorituskyvyn kannalta aktiivihiilikuituilla on lisääntynyt pinta-aktiivisuus ja parempi yhteensopivuus matriisimateriaalin kanssa. Tämä helpottaa matriisimateriaalin tunkeutumista ja kovettumista hiilikuidun pinnalle komposiittimateriaalin valmistuksen aikana, mikä parantaa käsittelyn tehokkuutta ja tuotteen laatua. Samalla parannetaan myös aktiivihiilikuitukomposiittien suunniteltavuutta, jolloin ne voidaan räätälöidä erilaisiin sovelluksiin ja vastata moniin monimutkaisiin teknisiin vaatimuksiin.
Siksi aktivointihoitohiilikuitujaon keskeinen lenkki korkean suorituskyvyn hiilikuitukomposiittien valmistuksessa. Aktivointikäsittelyn avulla hiilikuidun pintarakennetta voidaan parantaa pinnan karheuden lisäämiseksi, aktiivisten funktionaalisten ryhmien lisäämiseksi ja pintaenergian parantamiseksi hiilikuidun ja matriisimateriaalin välisen rajapinnan sidoslujuuden parantamiseksi ja perustan luomiseksi. hiilikuitukomposiittien valmistukseen, jolla on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, korroosionkestävyys, lämpöstabiilisuus ja prosessointikyky. Tieteen ja tekniikan jatkuvan kehityksen myötä hiilikuituaktivointitekniikan uskotaan jatkavan innovointia ja kehitystä, mikä tarjoaa vahvemman tuen hiilikuitukomposiittien laajalle sovellukselle.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (myös whatsapp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Osoite: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Postitusaika: 04.09.2024