A gyors technológiai fejlődés mai korszakában a szénszálas kompozitok kiváló teljesítményüknek köszönhetően számos területen szereznek hírnevet maguknak. A csúcskategóriás repülési alkalmazásoktól a sportszerek napi szükségleteiig a szénszálas kompozitok nagy lehetőségeket mutatnak. Azonban, hogy készítsen nagy teljesítményű szénszálas kompozitok, aktiváló kezelésszénszálakdöntő lépés.
Szénszálas felületi elektronmikroszkóp képe
A szénszál, egy nagy teljesítményű rostanyag, számos lenyűgöző tulajdonsággal rendelkezik. Főleg szénből áll, és hosszúkás rostos szerkezetű. A felületszerkezet szempontjából a szénszál felülete viszonylag sima és kevesebb aktív funkciós csoportot tartalmaz. Ennek az az oka, hogy a szénszálak előállítása során a magas hőmérsékletű karbonizálás és egyéb kezelések inertebb állapotba teszik a szénszálak felületét. Ez a felületi tulajdonság számos kihívás elé állítja a szénszálas kompozitok előállítását.
A sima felület gyengíti a kötést a szénszál és a mátrixanyag között. A kompozitok előállítása során a mátrixanyag nehezen tud erős kötést kialakítani a felületen.szénszálas, ami befolyásolja a kompozit anyag általános teljesítményét. Másodszor, az aktív funkciós csoportok hiánya korlátozza a szénszálak és a mátrixanyagok közötti kémiai reakciót. Emiatt a kettő közötti határfelületi kötés elsősorban fizikai hatásokra, például mechanikai beágyazásra, stb. támaszkodik, ami gyakran nem elég stabil, és hajlamos a szétválásra, ha külső erőknek van kitéve.
Szénszálas kendő szén nanocsövekkel történő rétegközi megerősítésének sematikus diagramja
E problémák megoldása érdekében szükségessé válik a szénszálak aktivációs kezelése. Aktívszénszálaktöbb szempontból is jelentős változásokat mutatnak.
Az aktivációs kezelés növeli a szénszálak felületi érdességét. Kémiai oxidációval, plazmakezeléssel és egyéb módszerekkel apró gödrök és barázdák marhatók a szénszálak felületébe, ami érdessé teszi a felületet. Ez az érdes felület megnöveli a szénszál és a hordozóanyag közötti érintkezési felületet, ami javítja a kettő közötti mechanikai kötést. Ha a mátrixanyagot a szénszálhoz kötik, jobban be tud ágyazódni ezekbe a durva szerkezetekbe, erősebb kötést képezve.
Az aktiváló kezelés rengeteg reaktív funkciós csoportot vihet be a szénszál felületére. Ezek a funkciós csoportok kémiai reakcióba léphetnek a mátrixanyag megfelelő funkciós csoportjaival, és így kémiai kötéseket hozhatnak létre. Az oxidációs kezelés például hidroxilcsoportokat, karboxilcsoportokat és más funkciós csoportokat juttathat a szénszálak felületére, amelyek reakcióba léphetnek aepoxicsoportok a gyantamátrixban és így tovább kovalens kötések kialakításához. Ennek a kémiai kötésnek az erőssége sokkal nagyobb, mint a fizikai kötésé, ami nagymértékben javítja a szénszál és a mátrixanyag közötti határfelületi kötési szilárdságot.
Az aktív szénszál felületi energiája is jelentősen megnő. A felületi energia növekedése megkönnyíti, hogy a szénszálat a mátrixanyag átnedvesítse, ezáltal megkönnyíti a mátrixanyag szétterülését és behatolását a szénszál felületén. A kompozitok előállítása során a mátrixanyag egyenletesebben oszlik el a szénszálak körül, így sűrűbb szerkezetet alakíthat ki. Ez nemcsak a kompozit anyag mechanikai tulajdonságait javítja, hanem egyéb tulajdonságait is javítja, mint például a korrózióállóság és a termikus stabilitás.
Az aktív szénszálak számos előnnyel rendelkeznek a szénszálas kompozitok előállításához.
A mechanikai tulajdonságokat tekintve az aktivált közötti határfelületi kötési szilárdságszénszálakés a mátrix anyaga nagymértékben javult, ami lehetővé teszi, hogy a kompozitok jobban átadják a feszültségeket, amikor külső erőknek vannak kitéve. Ez azt jelenti, hogy a kompozitok mechanikai tulajdonságai, például szilárdság és modulus jelentősen javulnak. Például a rendkívül magas mechanikai tulajdonságokat igénylő repülőgépiparban az aktív szénszálas kompozitokból készült repülőgépalkatrészek nagyobb repülési terhelést is képesek elviselni, és javítják a repülőgépek biztonságát és megbízhatóságát. A sportszerek, például kerékpárvázak, golfütők stb. területén az aktív szénszálas kompozitok jobb szilárdságot és merevséget biztosítanak, miközben csökkentik a súlyt és javítják a sportolók élményét.
A korrózióállóság szempontjából az aktív szénszálak felületén reaktív funkciós csoportok bevitele miatt ezek a funkciós csoportok stabilabb kémiai kötést tudnak kialakítani a mátrixanyaggal, így javítva a kompozitok korrózióállóságát. Egyes zord környezeti körülmények között, például tengeri környezetben, vegyiparban stb., az aktiválódikszénszálas kompozitokjobban ellenáll a korrozív közegek eróziójának, és meghosszabbítja az élettartamot. Ennek nagy jelentősége van bizonyos berendezések és szerkezetek esetében, amelyeket hosszú ideig zord környezetben használnak.
A hőstabilitás szempontjából az aktív szénszál és a mátrixanyag közötti jó határfelületi kötés javíthatja a kompozitok hőstabilitását. Magas hőmérsékletű környezetben a kompozitok jobb mechanikai tulajdonságokat és méretstabilitást tudnak fenntartani, és kevésbé hajlamosak a deformációra és a károsodásra. Emiatt az aktív szénszálas kompozitok széles körű alkalmazási lehetőségeket kínálnak a magas hőmérsékletű alkalmazásokban, mint például az autómotor-alkatrészek és a repülőgép-motorok forró végalkatrészei.
Ami a feldolgozási teljesítményt illeti, az aktív szénszálak megnövekedett felületi aktivitással és jobban kompatibilisek a mátrixanyaggal. Ez megkönnyíti a mátrixanyag beszivárgását és kikeményedését a szénszál felületén a kompozit anyag előkészítése során, javítva ezzel a feldolgozás hatékonyságát és a termék minőségét. Ugyanakkor az aktív szénszálas kompozitok tervezhetősége is javul, lehetővé téve azok testreszabását a különböző alkalmazásokhoz, és számos összetett mérnöki követelménynek való megfelelést.
Ezért aktiváló kezelés aszénszálakkulcsfontosságú láncszem a nagy teljesítményű szénszálas kompozitok előállításában. Az aktiválási kezelés révén a szénszál felületi szerkezete javítható a felületi érdesség növelése, az aktív funkciós csoportok bevezetése és a felületi energia javítása érdekében, hogy javítsa a szénszál és a mátrixanyag közötti határfelületi kötési szilárdságot, és megalapozza. kiváló mechanikai tulajdonságokkal, korrózióállósággal, termikus stabilitással és feldolgozási teljesítménnyel rendelkező szénszálas kompozitok előállításához. A tudomány és a technológia folyamatos fejlődésével úgy gondolják, hogy a szénszál-aktiválási technológia továbbra is megújul és fejlődik, erősebb támogatást nyújtva a szénszálas kompozitok széles körű alkalmazásához.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (Whatsapp is)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Cím: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Sanghaj
Feladás időpontja: 2024.04.04