Di era kemajuan teknologi yang pesat saat ini, komposit serat karbon menjadi terkenal di berbagai bidang karena kinerjanya yang unggul. Dari aplikasi kelas atas di ruang angkasa hingga kebutuhan perlengkapan olahraga sehari-hari, komposit serat karbon telah menunjukkan potensi besar. Namun, untuk menyiapkan komposit serat karbon berkinerja tinggi, perlakuan aktivasiserat karbonadalah langkah penting.
Gambar mikroskop elektron permukaan serat karbon
Serat karbon, bahan serat berkinerja tinggi, memiliki banyak sifat menarik. Ini terutama terdiri dari karbon dan memiliki struktur filamen memanjang. Dilihat dari struktur permukaannya, permukaan serat karbon relatif halus dan gugus fungsi aktifnya lebih sedikit. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa selama pembuatan serat karbon, karbonisasi suhu tinggi dan perlakuan lainnya membuat permukaan serat karbon menjadi lebih lembam. Sifat permukaan ini membawa serangkaian tantangan pada pembuatan komposit serat karbon.
Permukaannya yang halus membuat ikatan antara serat karbon dan material matriks menjadi lemah. Dalam pembuatan komposit, material matriks sulit membentuk ikatan yang kuat pada permukaannyaserat karbon, yang mempengaruhi kinerja material komposit secara keseluruhan. Kedua, kurangnya gugus fungsi aktif membatasi reaksi kimia antara serat karbon dan bahan matriks. Hal ini membuat ikatan antar muka antara keduanya terutama bergantung pada efek fisik, seperti penyematan mekanis, dll., yang seringkali tidak cukup stabil dan rentan terhadap pemisahan jika terkena gaya eksternal.
Diagram skema penguatan interlayer kain serat karbon dengan tabung nano karbon
Untuk mengatasi masalah ini, perlakuan aktivasi serat karbon menjadi perlu. Diaktifkanserat karbonmenunjukkan perubahan signifikan pada beberapa aspek.
Perlakuan aktivasi meningkatkan kekasaran permukaan serat karbon. Melalui oksidasi kimia, pengolahan plasma, dan metode lainnya, lubang dan alur kecil dapat tergores pada permukaan serat karbon, sehingga membuat permukaan menjadi kasar. Permukaan kasar ini meningkatkan area kontak antara serat karbon dan bahan substrat, sehingga meningkatkan ikatan mekanis antara keduanya. Ketika material matriks terikat pada serat karbon, material tersebut akan lebih mampu melekat pada struktur kasar tersebut, sehingga membentuk ikatan yang lebih kuat.
Perlakuan aktivasi dapat menimbulkan banyak gugus fungsi reaktif pada permukaan serat karbon. Gugus fungsi ini dapat bereaksi secara kimia dengan gugus fungsi yang sesuai dalam bahan matriks untuk membentuk ikatan kimia. Misalnya, perlakuan oksidasi dapat memasukkan gugus hidroksil, gugus karboksil, dan gugus fungsi lainnya pada permukaan serat karbon, yang dapat bereaksi denganepoksikelompok dalam matriks resin dan seterusnya untuk membentuk ikatan kovalen. Kekuatan ikatan kimia ini jauh lebih tinggi dibandingkan dengan ikatan fisik, sehingga sangat meningkatkan kekuatan ikatan antar muka antara serat karbon dan bahan matriks.
Energi permukaan serat karbon aktif juga meningkat secara signifikan. Peningkatan energi permukaan memudahkan serat karbon untuk dibasahi oleh material matriks, sehingga memudahkan penyebaran dan penetrasi material matriks pada permukaan serat karbon. Dalam proses pembuatan komposit, material matriks dapat didistribusikan lebih merata di sekitar serat karbon sehingga membentuk struktur yang lebih padat. Hal ini tidak hanya meningkatkan sifat mekanik material komposit, tetapi juga meningkatkan sifat lainnya, seperti ketahanan terhadap korosi dan stabilitas termal.
Serat karbon aktif memiliki banyak keunggulan untuk pembuatan komposit serat karbon.
Dilihat dari sifat mekaniknya, kekuatan ikatan antar muka antara yang diaktivasiserat karbondan material matriks ditingkatkan secara signifikan, yang memungkinkan komposit mentransfer tekanan dengan lebih baik ketika terkena gaya eksternal. Ini berarti sifat mekanik komposit seperti kekuatan dan modulus meningkat secara signifikan. Misalnya, di bidang kedirgantaraan yang membutuhkan sifat mekanik yang sangat tinggi, suku cadang pesawat yang dibuat dengan komposit serat karbon aktif mampu menahan beban penerbangan yang lebih besar serta meningkatkan keselamatan dan keandalan pesawat. Di bidang perlengkapan olah raga, seperti rangka sepeda, tongkat golf, dll, komposit serat karbon aktif dapat memberikan kekuatan dan kekakuan yang lebih baik, sekaligus mengurangi bobot dan meningkatkan pengalaman atlet.
Dalam hal ketahanan terhadap korosi, karena adanya gugus fungsi reaktif pada permukaan serat karbon aktif, gugus fungsi tersebut dapat membentuk ikatan kimia yang lebih stabil dengan bahan matriks, sehingga meningkatkan ketahanan korosi pada komposit. Dalam beberapa kondisi lingkungan yang keras, seperti lingkungan laut, industri kimia, dll, diaktifkankomposit serat karbondapat lebih menahan erosi media korosif dan memperpanjang umur layanan. Hal ini sangat penting untuk beberapa peralatan dan struktur yang digunakan di lingkungan yang keras untuk waktu yang lama.
Dari segi stabilitas termal, ikatan antar muka yang baik antara serat karbon aktif dan material matriks dapat meningkatkan stabilitas termal komposit. Di bawah lingkungan bersuhu tinggi, komposit dapat mempertahankan sifat mekanik dan stabilitas dimensi yang lebih baik, serta tidak terlalu rentan terhadap deformasi dan kerusakan. Hal ini membuat komposit serat karbon aktif memiliki prospek penerapan yang luas pada aplikasi suhu tinggi, seperti suku cadang mesin otomotif dan suku cadang mesin penerbangan.
Dalam hal kinerja pemrosesan, serat karbon aktif mengalami peningkatan aktivitas permukaan dan kompatibilitas yang lebih baik dengan bahan matriks. Hal ini memudahkan material matriks untuk menyusup dan mengeras pada permukaan serat karbon selama persiapan material komposit, sehingga meningkatkan efisiensi pemrosesan dan kualitas produk. Pada saat yang sama, kemampuan desain komposit serat karbon aktif juga ditingkatkan, memungkinkannya disesuaikan untuk aplikasi berbeda dan untuk memenuhi berbagai persyaratan teknik yang kompleks.
Oleh karena itu, pengobatan aktivasiserat karbonadalah mata rantai utama dalam persiapan komposit serat karbon berkinerja tinggi. Melalui perlakuan aktivasi, struktur permukaan serat karbon dapat diperbaiki untuk meningkatkan kekasaran permukaan, memperkenalkan gugus fungsi aktif, dan meningkatkan energi permukaan, sehingga dapat meningkatkan kekuatan ikatan antar muka antara serat karbon dan material matriks, serta meletakkan fondasi. untuk pembuatan komposit serat karbon dengan sifat mekanik yang sangat baik, ketahanan korosi, stabilitas termal dan kinerja pemrosesan. Dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi yang terus berlanjut, teknologi aktivasi serat karbon diyakini akan terus berinovasi dan berkembang sehingga memberikan dukungan yang lebih kuat bagi penerapan komposit serat karbon secara luas.
Shanghai Orisen Teknologi Bahan Baru Co, Ltd
M: +86 18683776368 (juga whatsapp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Alamat: NO.398 Jalan Hijau Baru Kota Xinbang Distrik Songjiang, Shanghai
Waktu posting: 04-Sep-2024