Nell'era odierna del rapido progresso tecnologico, i compositi in fibra di carbonio si stanno facendo un nome in una vasta gamma di campi a causa delle loro prestazioni superiori. Dalle applicazioni di fascia alta nell'aerospaziale alle esigenze quotidiane dei prodotti sportivi, i compositi in fibra di carbonio hanno mostrato un grande potenziale. Tuttavia, per preparare compositi in fibra di carbonio ad alte prestazioni, il trattamento di attivazione difibre di carbonioè un passo cruciale.
Immagine del microscopio elettronico in fibra di carbonio
La fibra di carbonio, un materiale in fibra ad alte prestazioni, ha molte proprietà convincenti. È composto principalmente da carbonio e ha una struttura filamentaria allungata. Dal punto di vista della struttura superficiale, la superficie della fibra di carbonio è relativamente liscia e ha meno gruppi funzionali attivi. Ciò è dovuto al fatto che durante la preparazione di fibre di carbonio, la carbonizzazione ad alta temperatura e altri trattamenti rendono la superficie delle fibre di carbonio presenta uno stato più inerte. Questa proprietà superficiale porta una serie di sfide alla preparazione di compositi in fibra di carbonio.
La superficie liscia rende debole il legame tra fibra di carbonio e materiale a matrice. Nella preparazione di compositi, è difficile per il materiale della matrice formare un forte legame sulla superficie delfibra di carbonio, che influisce sulle prestazioni complessive del materiale composito. In secondo luogo, la mancanza di gruppi funzionali attivi limita la reazione chimica tra fibre di carbonio e materiali a matrice. Ciò rende il legame interfacciale tra i due si basa principalmente sugli effetti fisici, come l'incorporamento meccanico, ecc., Che spesso non è abbastanza stabile ed è soggetto a separazione se sottoposto a forze esterne.
Diagramma schematico del rinforzo interstrato di tessuto in fibra di carbonio da parte dei nanotubi di carbonio
Al fine di risolvere questi problemi, diventa necessario il trattamento di attivazione delle fibre di carbonio. Attivatofibre di carbonioMostra cambiamenti significativi in diversi aspetti.
Il trattamento di attivazione aumenta la rugosità superficiale delle fibre di carbonio. Attraverso l'ossidazione chimica, il trattamento del plasma e altri metodi, piccoli pozzi e scanalature possono essere incisi nella superficie delle fibre di carbonio, rendendo la superficie ruvida. Questa superficie ruvida aumenta l'area di contatto tra la fibra di carbonio e il materiale del substrato, che migliora il legame meccanico tra i due. Quando il materiale della matrice è legato alla fibra di carbonio, è meglio incorporato in queste strutture ruvide, formando un legame più forte.
Il trattamento di attivazione può introdurre un'abbondanza di gruppi funzionali reattivi sulla superficie della fibra di carbonio. Questi gruppi funzionali possono reagire chimicamente con i corrispondenti gruppi funzionali nel materiale della matrice per formare legami chimici. Ad esempio, il trattamento con ossidazione può introdurre gruppi idrossilici, gruppi carbossilici e altri gruppi funzionali sulla superficie delle fibre di carbonio, che possono reagire con ilepossidicogruppi nella matrice di resina e così via per formare legami covalenti. La forza di questo legame chimico è molto più elevata di quella del legame fisico, che migliora notevolmente la forza di legame interfacciale tra la fibra di carbonio e il materiale della matrice.
Anche l'energia superficiale della fibra di carbonio attivata aumenta in modo significativo. L'aumento dell'energia superficiale rende più semplice la bagnatura della fibra di carbonio dal materiale della matrice, facilitando così la diffusione e la penetrazione del materiale della matrice sulla superficie della fibra di carbonio. Nel processo di preparazione dei compositi, il materiale a matrice può essere distribuito in modo più uniforme attorno alle fibre di carbonio per formare una struttura più densa. Ciò non solo migliora le proprietà meccaniche del materiale composito, ma migliora anche le sue altre proprietà, come la resistenza alla corrosione e la stabilità termica.
Le fibre di carbonio attivate presentano molteplici vantaggi per la preparazione di compositi in fibra di carbonio.
In termini di proprietà meccaniche, la forza di legame interfacciale tra l'attivazionefibre di carbonioe il materiale a matrice è notevolmente migliorato, il che consente ai compositi di trasferire meglio le sollecitazioni se sottoposte a forze esterne. Ciò significa che le proprietà meccaniche di compositi come resistenza e modulo sono significativamente migliorate. Ad esempio, nel campo aerospaziale, che richiede proprietà meccaniche estremamente elevate, le parti degli aeromobili realizzate con compositi a fibra di carbonio attivati sono in grado di resistere a maggiori carichi di volo e migliorare la sicurezza e l'affidabilità dell'aeromobile. Nel campo delle merci sportive, come cornici per biciclette, mazze da golf, ecc.
In termini di resistenza alla corrosione, a causa dell'introduzione di gruppi funzionali reattivi sulla superficie delle fibre di carbonio attivate, questi gruppi funzionali possono formare un legame chimico più stabile con il materiale della matrice, migliorando così la resistenza alla corrosione dei compositi. In alcune difficili condizioni ambientali, come l'ambiente marino, l'industria chimica, ecc.Compositi in fibra di carboniopuò resistere meglio all'erosione dei media corrosivi ed estendere la durata del servizio. Questo è di grande significato per alcune attrezzature e strutture che vengono utilizzate in ambienti difficili per molto tempo.
In termini di stabilità termica, un buon legame interfacciale tra fibra di carbonio attivo e materiale a matrice può migliorare la stabilità termica dei compositi. Nell'ambiente ad alta temperatura, i compositi possono mantenere migliori proprietà meccaniche e stabilità dimensionale e sono meno inclini a deformazioni e danni. Ciò rende i compositi in fibra di carbonio attivati che dispongono di ampie prospettive di applicazione in applicazioni ad alta temperatura, come parti del motore automobilistico e parti di fine del motore aeronautico.
In termini di prestazioni di elaborazione, le fibre di carbonio attivo hanno una maggiore attività superficiale e una migliore compatibilità con il materiale a matrice. Ciò semplifica l'infiltrazione e la cura del materiale della matrice sulla superficie della fibra di carbonio durante la preparazione del materiale composito, migliorando così l'efficienza di elaborazione e la qualità del prodotto. Allo stesso tempo, è anche migliorata la designabilità dei compositi in fibra di carbonio attivati, consentendo loro di essere personalizzati per diverse applicazioni e di soddisfare una varietà di requisiti di ingegneria complessi.
Pertanto, trattamento di attivazione difibre di carbonioè un collegamento chiave nella preparazione di compositi in fibra di carbonio ad alte prestazioni. Attraverso il trattamento di attivazione, la struttura superficiale della fibra di carbonio può essere migliorata per aumentare la rugosità superficiale, introdurre gruppi funzionali attivi e migliorare l'energia superficiale, in modo da migliorare la resistenza al legame interfacciale tra fibra di carbonio e materiale della matrice e gettare le basi per la preparazione di compositi in fibra di carbonio con eccellenti proprietà meccaniche, resistenza alla corrosione, stabilità termica. Con il continuo progresso della scienza e della tecnologia, si ritiene che la tecnologia di attivazione in fibra di carbonio continuerà a innovare e sviluppare, fornendo un supporto più forte per l'ampia applicazione di compositi in fibra di carbonio.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (anche WhatsApp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Indirizzo: No.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Tempo post: settembre-04-2024