U današnjoj eri brzog tehnološkog napretka, kompoziti od karbonskih vlakana stvaraju sebi ime u širokom rasponu područja zahvaljujući svojim vrhunskim performansama. Od vrhunskih primjena u zrakoplovstvu do svakodnevnih potreba sportske opreme, kompoziti od karbonskih vlakana pokazali su veliki potencijal. Međutim, za pripremu kompozita od ugljičnih vlakana visokih performansi, aktivacijski tretmankarbonska vlaknaje ključni korak.
Slika površine ugljičnih vlakana elektronskim mikroskopom
Karbonska vlakna, vlaknasti materijal visokih performansi, imaju mnoga uvjerljiva svojstva. Uglavnom se sastoji od ugljika i ima duguljastu filamentnu strukturu. S gledišta površinske strukture, površina karbonskih vlakana je relativno glatka i ima manje aktivnih funkcionalnih skupina. To je zbog činjenice da tijekom pripreme karbonskih vlakana, visokotemperaturna karbonizacija i drugi tretmani čine površinu karbonskih vlakana inertnijim stanjem. Ovo svojstvo površine donosi niz izazova u pripremi kompozita od karbonskih vlakana.
Glatka površina slabi vezu između karbonskih vlakana i materijala matrice. U pripremi kompozita, materijalu matrice je teško stvoriti jaku vezu na površinikarbonskih vlakana, što utječe na ukupnu izvedbu kompozitnog materijala. Drugo, nedostatak aktivnih funkcionalnih skupina ograničava kemijsku reakciju između karbonskih vlakana i materijala matrice. Zbog toga se međufazno povezivanje između njih uglavnom oslanja na fizičke učinke, poput mehaničkog ugrađivanja itd., što često nije dovoljno stabilno i sklono je odvajanju kada je podvrgnuto vanjskim silama.
Shematski dijagram međuslojnog ojačanja tkanine od karbonskih vlakana ugljikovim nanocjevčicama
Kako bi se riješili ovi problemi, aktivacijski tretman karbonskih vlakana postaje neophodan. Aktivirankarbonska vlaknapokazuju značajne promjene u nekoliko aspekata.
Aktivacijski tretman povećava hrapavost površine karbonskih vlakana. Pomoću kemijske oksidacije, obrade plazmom i drugih metoda, sitne rupe i brazde mogu se urezati u površinu karbonskih vlakana, čineći površinu hrapavom. Ova gruba površina povećava kontaktnu površinu između karbonskih vlakana i materijala supstrata, što poboljšava mehaničku vezu između njih. Kada je matrični materijal spojen s ugljičnim vlaknima, bolje se može ugraditi u ove grube strukture, stvarajući jaču vezu.
Aktivacijski tretman može uvesti obilje reaktivnih funkcionalnih skupina na površinu karbonskih vlakana. Ove funkcionalne skupine mogu kemijski reagirati s odgovarajućim funkcionalnim skupinama u matričnom materijalu kako bi se stvorile kemijske veze. Na primjer, oksidacijski tretman može uvesti hidroksilne skupine, karboksilne skupine i druge funkcionalne skupine na površinu ugljičnih vlakana, koje mogu reagirati sepoksiskupine u matrici smole i tako dalje da tvore kovalentne veze. Snaga ovog kemijskog povezivanja mnogo je veća od one fizičkog povezivanja, što uvelike poboljšava čvrstoću međupovršinskog povezivanja između karbonskih vlakana i materijala matrice.
Površinska energija vlakana aktivnog ugljena također se značajno povećava. Povećanje površinske energije olakšava navlaživanje karbonskih vlakana materijalom matrice, čime se olakšava širenje i prodiranje materijala matrice na površinu karbonskih vlakana. U procesu pripreme kompozita, materijal matrice može se ravnomjernije rasporediti oko karbonskih vlakana kako bi se formirala gušća struktura. Time se ne poboljšavaju samo mehanička svojstva kompozitnog materijala, već se poboljšavaju i njegova druga svojstva, poput otpornosti na koroziju i toplinske stabilnosti.
Aktivna ugljična vlakna imaju višestruke prednosti za pripremu kompozita od ugljičnih vlakana.
Što se tiče mehaničkih svojstava, međufazna čvrstoća veze između aktiviranihkarbonska vlaknaa materijal matrice je znatno poboljšan, što kompozitima omogućuje bolji prijenos naprezanja kada su izloženi vanjskim silama. To znači da su mehanička svojstva kompozita kao što su čvrstoća i modul znatno poboljšana. Na primjer, u području zrakoplovstva, koje zahtijeva izuzetno visoka mehanička svojstva, dijelovi zrakoplova izrađeni s kompozitima od aktivnih ugljičnih vlakana mogu izdržati veća opterećenja leta i poboljšati sigurnost i pouzdanost zrakoplova. U području sportske opreme, kao što su okviri za bicikle, palice za golf itd., kompoziti od aktivnih ugljičnih vlakana mogu pružiti veću čvrstoću i krutost, istovremeno smanjujući težinu i poboljšavajući iskustvo sportaša.
Što se tiče otpornosti na koroziju, zbog uvođenja reaktivnih funkcionalnih skupina na površinu vlakana s aktivnim ugljikom, te funkcionalne skupine mogu stvoriti stabilniju kemijsku vezu s materijalom matrice, čime se poboljšava otpornost kompozita na koroziju. U nekim teškim uvjetima okoliša, kao što su morski okoliš, kemijska industrija itd., aktivira sekompoziti od karbonskih vlakanamože se bolje oduprijeti eroziji korozivnih medija i produljiti životni vijek. Ovo je od velike važnosti za neku opremu i strukture koje se dugo koriste u teškim uvjetima.
Što se tiče toplinske stabilnosti, dobro međupovršinsko spajanje između vlakana aktivnog ugljena i materijala matrice može poboljšati toplinsku stabilnost kompozita. U okruženju visoke temperature, kompoziti mogu zadržati bolja mehanička svojstva i dimenzijsku stabilnost, te su manje skloni deformacijama i oštećenjima. Zbog toga kompoziti s aktivnim ugljičnim vlaknima imaju široke izglede za primjenu u primjenama na visokim temperaturama, kao što su dijelovi automobilskih motora i vrući dijelovi zrakoplovnih motora.
Što se tiče performansi obrade, vlakna s aktivnim ugljenom imaju povećanu površinsku aktivnost i bolju kompatibilnost s materijalom matrice. Ovo olakšava infiltraciju i stvrdnjavanje materijala matrice na površini karbonskih vlakana tijekom pripreme kompozitnog materijala, čime se poboljšava učinkovitost obrade i kvaliteta proizvoda. U isto vrijeme, mogućnost projektiranja kompozita od aktivnih ugljenih vlakana također je poboljšana, što im omogućuje da budu prilagođeni za različite primjene i da zadovolje niz složenih inženjerskih zahtjeva.
Stoga, aktivacijski tretman odkarbonska vlaknaje ključna karika u pripremi visokoučinkovitih kompozita od karbonskih vlakana. Kroz aktivacijski tretman, površinska struktura ugljičnih vlakana može se poboljšati kako bi se povećala površinska hrapavost, uvele aktivne funkcionalne skupine i poboljšala površinska energija, kako bi se poboljšala međupovršinska čvrstoća vezivanja između ugljičnih vlakana i materijala matrice i postavili temelje za pripremu kompozita od karbonskih vlakana s izvrsnim mehaničkim svojstvima, otpornošću na koroziju, toplinskom stabilnošću i radnim učinkom. Uz kontinuirani napredak znanosti i tehnologije, vjeruje se da će tehnologija aktivacije ugljičnih vlakana nastaviti s inovacijama i razvojem, pružajući snažniju potporu širokoj primjeni kompozita od ugljičnih vlakana.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (također WhatsApp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresa: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Šangaj
Vrijeme objave: 4. rujna 2024