Na era actual de rápido avance tecnolóxico, os compostos de fibra de carbono están facendo un nome por si mesmos nunha ampla gama de campos debido ao seu rendemento superior. Desde aplicacións de gama alta no sector aeroespacial ata as necesidades diarias de artigos deportivos, os compostos de fibra de carbono mostraron un gran potencial. Con todo, para preparar compostos de fibra de carbono de alto rendemento, tratamento de activación defibras de carbonoé un paso crucial.
Imaxe de microscopio electrónico de superficie de fibra de carbono
A fibra de carbono, un material de fibra de alto rendemento, ten moitas propiedades atractivas. Está composto principalmente por carbono e ten unha estrutura filamentosa alongada. Desde o punto de vista da estrutura superficial, a superficie da fibra de carbono é relativamente lisa e ten menos grupos funcionais activos. Isto débese ao feito de que durante a preparación das fibras de carbono, a carbonización a alta temperatura e outros tratamentos fan que a superficie das fibras de carbono presente un estado máis inerte. Esta propiedade de superficie trae unha serie de retos para a preparación de compostos de fibra de carbono.
A superficie lisa fai que a unión entre a fibra de carbono e o material da matriz sexa débil. Na preparación de compostos, é difícil que o material da matriz forme unha unión forte na superficie dofibra de carbono, o que afecta o rendemento xeral do material composto. En segundo lugar, a falta de grupos funcionais activos limita a reacción química entre as fibras de carbono e os materiais da matriz. Isto fai que a unión interfacial entre os dous dependa principalmente de efectos físicos, como a incrustación mecánica, etc., que moitas veces non é o suficientemente estable e é propenso á separación cando se somete a forzas externas.
Diagrama esquemático do reforzo entre capas de tea de fibra de carbono mediante nanotubos de carbono
Para resolver estes problemas, faise necesario o tratamento de activación das fibras de carbono. Activadofibras de carbonomostran cambios significativos en varios aspectos.
O tratamento de activación aumenta a rugosidade superficial das fibras de carbono. Mediante a oxidación química, o tratamento con plasma e outros métodos, pódense gravar pequenas fosas e sucos na superficie das fibras de carbono, facendo que a superficie sexa áspera. Esta superficie rugosa aumenta a área de contacto entre a fibra de carbono e o material do substrato, o que mellora a unión mecánica entre ambos. Cando o material da matriz está unido á fibra de carbono, é máis capaz de incrustarse nestas estruturas rugosas, formando unha unión máis forte.
O tratamento de activación pode introducir unha abundancia de grupos funcionais reactivos na superficie da fibra de carbono. Estes grupos funcionais poden reaccionar químicamente cos correspondentes grupos funcionais no material da matriz para formar enlaces químicos. Por exemplo, o tratamento de oxidación pode introducir grupos hidroxilo, grupos carboxilo e outros grupos funcionais na superficie das fibras de carbono, que poden reaccionar coepoxigrupos na matriz de resina e así sucesivamente para formar enlaces covalentes. A forza desta unión química é moito maior que a da unión física, o que mellora moito a forza de unión interfacial entre a fibra de carbono e o material da matriz.
A enerxía superficial da fibra de carbón activado tamén aumenta significativamente. O aumento da enerxía superficial facilita que a fibra de carbono sexa mollada polo material da matriz, facilitando así a propagación e penetración do material da matriz na superficie da fibra de carbono. No proceso de preparación de compostos, o material da matriz pódese distribuír de forma máis uniforme ao redor das fibras de carbono para formar unha estrutura máis densa. Isto non só mellora as propiedades mecánicas do material composto, senón que tamén mellora as súas outras propiedades, como a resistencia á corrosión e a estabilidade térmica.
As fibras de carbón activado teñen múltiples vantaxes para a preparación de compostos de fibra de carbono.
En termos de propiedades mecánicas, a forza de enlace interfacial entre o activadofibras de carbonoe o material da matriz é moi mellorado, o que permite aos compostos transferir mellor as tensións cando están sometidos a forzas externas. Isto significa que as propiedades mecánicas dos compostos, como a resistencia e o módulo, melloran significativamente. Por exemplo, no ámbito aeroespacial, que require unhas propiedades mecánicas extremadamente elevadas, as pezas de aeronaves feitas con compostos de fibra de carbón activado son capaces de soportar maiores cargas de voo e mellorar a seguridade e fiabilidade da aeronave. No campo dos artigos deportivos, como cadros de bicicletas, palos de golf, etc., os compostos de fibra de carbón activado poden proporcionar unha mellor resistencia e rixidez, reducindo o peso e mellorando a experiencia dos atletas.
En termos de resistencia á corrosión, debido á introdución de grupos funcionais reactivos na superficie das fibras de carbón activado, estes grupos funcionais poden formar unión química máis estable co material da matriz, mellorando así a resistencia á corrosión dos compostos. Nalgunhas condicións ambientais duras, como o medio mariño, a industria química, etc., o activadocompostos de fibra de carbonopode resistir mellor a erosión dos medios corrosivos e prolongar a vida útil. Isto é de gran importancia para algúns equipos e estruturas que se usan en ambientes duros durante moito tempo.
En termos de estabilidade térmica, unha boa unión interfacial entre a fibra de carbón activado e o material da matriz pode mellorar a estabilidade térmica dos compostos. Baixo o ambiente de alta temperatura, os compostos poden manter mellores propiedades mecánicas e estabilidade dimensional, e son menos propensos á deformación e danos. Isto fai que os compostos de fibra de carbón activado teñan amplas perspectivas de aplicación en aplicacións de alta temperatura, como pezas de motores de automóbiles e pezas de motor de aviación.
En termos de rendemento de procesamento, as fibras de carbón activado aumentaron a actividade superficial e mellor compatibilidade co material da matriz. Isto facilita que o material da matriz se infiltre e se cure na superficie da fibra de carbono durante a preparación do material composto, mellorando así a eficiencia do procesamento e a calidade do produto. Ao mesmo tempo, tamén se mellora a capacidade de deseño dos compostos de fibra de carbón activado, o que permite personalizarlos para diferentes aplicacións e satisfacer unha variedade de complexos requisitos de enxeñería.
Polo tanto, tratamento de activación defibras de carbonoé un elo fundamental na preparación de compostos de fibra de carbono de alto rendemento. A través do tratamento de activación, a estrutura superficial da fibra de carbono pódese mellorar para aumentar a rugosidade da superficie, introducir grupos funcionais activos e mellorar a enerxía superficial, para mellorar a forza de unión interfacial entre a fibra de carbono e o material da matriz e sentar as bases. para a preparación de compostos de fibra de carbono con excelentes propiedades mecánicas, resistencia á corrosión, estabilidade térmica e rendemento de procesamento. Co progreso continuo da ciencia e da tecnoloxía, crese que a tecnoloxía de activación de fibra de carbono seguirá innovando e desenvolvendo, proporcionando un apoio máis forte para a ampla aplicación de compostos de fibra de carbono.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (tamén WhatsApp)
Teléfono: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Enderezo: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Hora de publicación: 04-09-2024