בעידן של היום של התקדמות טכנולוגית מהירה, חומרים מרוכבים של סיבי פחמן עושים לעצמם שם במגוון רחב של תחומים בשל הביצועים המעולים שלהם. מיישומים מתקדמים בתחום התעופה והחלל ועד לצרכים היומיומיים של מוצרי ספורט, חומרים מרוכבים של סיבי פחמן הראו פוטנציאל גדול. עם זאת, כדי להכין חומרי סיבי פחמן בעלי ביצועים גבוהים, טיפול הפעלה שלסיבי פחמןהוא צעד מכריע.
תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים משטח סיבי פחמן
לסיבי פחמן, חומר סיבים בעל ביצועים גבוהים, יש תכונות משכנעות רבות. הוא מורכב בעיקר מפחמן ויש לו מבנה חוטי מוארך. מנקודת המבט של מבנה פני השטח, פני השטח של סיבי פחמן חלקים יחסית ויש להם פחות קבוצות פונקציונליות פעילות. זאת בשל העובדה שבמהלך הכנת סיבי פחמן, פחם בטמפרטורה גבוהה וטיפולים אחרים הופכים את פני השטח של סיבי הפחמן למצב אינרטי יותר. תכונת פני השטח הזו מביאה שורה של אתגרים להכנת חומרים מרוכבים של סיבי פחמן.
המשטח החלק הופך את הקשר בין סיבי פחמן לחומר המטריצה לחלש. בהכנת חומרים מרוכבים, קשה לחומר המטריצה ליצור קשר חזק על פני השטחסיבי פחמן, אשר משפיע על הביצועים הכוללים של החומר המרוכב. שנית, היעדר קבוצות פונקציונליות פעילות מגביל את התגובה הכימית בין סיבי פחמן לחומרי מטריצה. זה גורם לחיבור הממשק בין השניים להסתמך בעיקר על השפעות פיזיות, כמו הטבעה מכנית וכו', שלעתים קרובות אינה יציבה מספיק ונוטה להפרדה כאשר היא נתונה לכוחות חיצוניים.
תרשים סכמטי של חיזוק בין-שכבתי של בד סיבי פחמן על ידי ננו-צינורות פחמן
על מנת לפתור בעיות אלו, טיפול הפעלה של סיבי פחמן הופך הכרחי. מוּפעָלסיבי פחמןלהראות שינויים משמעותיים במספר היבטים.
טיפול הפעלה מגביר את חספוס פני השטח של סיבי פחמן. באמצעות חמצון כימי, טיפול בפלזמה ושיטות אחרות, ניתן לחרוט בורות וחריצים זעירים לתוך פני השטח של סיבי פחמן, מה שהופך את פני השטח למחוספסים. משטח מחוספס זה מגדיל את שטח המגע בין סיבי הפחמן לחומר המצע, מה שמשפר את הקשר המכני בין השניים. כאשר החומר המטריצה נקשר לסיבי הפחמן, הוא מסוגל להטביע את עצמו טוב יותר לתוך המבנים הגסים הללו, ויוצר קשר חזק יותר.
טיפול ההפעלה יכול להכניס שפע של קבוצות פונקציונליות תגובתיות על פני סיבי הפחמן. קבוצות פונקציונליות אלו יכולות להגיב כימית עם הקבוצות הפונקציונליות המתאימות בחומר המטריצה ליצירת קשרים כימיים. לדוגמה, טיפול חמצון יכול להכניס קבוצות הידרוקסיל, קבוצות קרבוקסיל וקבוצות פונקציונליות אחרות על פני השטח של סיבי פחמן, שיכולות להגיב עםאפוקסיקבוצות במטריצת השרף וכן הלאה ליצירת קשרים קוולנטיים. החוזק של קשר כימי זה גבוה בהרבה מזה של קשר פיזי, מה שמשפר מאוד את חוזק הקשר הממשק בין סיבי הפחמן לחומר המטריצה.
אנרגיית פני השטח של סיבי הפחם הפעיל עולה גם היא משמעותית. העלייה באנרגיית פני השטח מקלה על הרטבת סיבי הפחמן על ידי חומר המטריצה, ובכך מקלה על התפשטות וחדירה של חומר המטריצה על פני סיבי הפחמן. בתהליך הכנת חומרים מרוכבים, ניתן לפזר את חומר המטריצה באופן שווה יותר סביב סיבי הפחמן ליצירת מבנה צפוף יותר. זה לא רק משפר את התכונות המכניות של החומר המרוכב, אלא גם משפר את תכונותיו האחרות, כגון עמידות בפני קורוזיה ויציבות תרמית.
לסיבי פחם פעיל יש יתרונות מרובים להכנת חומרים מרוכבים של סיבי פחמן.
במונחים של תכונות מכניות, חוזק החיבור הממשק בין המופעליםסיבי פחמןוחומר המטריצה משופר מאוד, מה שמאפשר לחומרים המרוכבים להעביר יותר לחצים כאשר הם נתונים לכוחות חיצוניים. המשמעות היא שהתכונות המכניות של חומרים מרוכבים כמו חוזק ומודול משופרים משמעותית. לדוגמה, בתחום התעופה והחלל, הדורש תכונות מכניות גבוהות במיוחד, חלקי מטוסים העשויים עם חומרים מרוכבים של סיבי פחם פעילים מסוגלים לעמוד בעומסי טיסה גדולים יותר ולשפר את הבטיחות והאמינות של המטוס. בתחום מוצרי הספורט, כמו מסגרות לאופניים, אלות גולף ועוד, חומרים מרוכבים מסיבי פחם פעילים יכולים לספק חוזק וקשיחות טובים יותר, תוך הפחתת משקל ושיפור חווית הספורטאים.
מבחינת עמידות בפני קורוזיה, עקב החדרת קבוצות פונקציונליות תגובתיות על פני השטח של סיבי פחם פעיל, קבוצות פונקציונליות אלו יכולות ליצור קשר כימי יציב יותר עם החומר המטריצה, ובכך לשפר את עמידות הקורוזיה של החומרים המרוכבים. בתנאים סביבתיים קשים מסוימים, כגון הסביבה הימית, התעשייה הכימית וכו', מופעלחומרים מרוכבים של סיבי פחמןיכול להתנגד טוב יותר לשחיקה של מדיה קורוזיבית ולהאריך את חיי השירות. יש לכך משמעות רבה עבור ציוד ומבנים מסוימים המשמשים בסביבות קשות במשך זמן רב.
במונחים של יציבות תרמית, חיבור ממשק טוב בין סיבי פחם פעיל לחומר מטריקס יכול לשפר את היציבות התרמית של חומרים מרוכבים. תחת סביבת הטמפרטורה הגבוהה, החומרים המרוכבים יכולים לשמור על תכונות מכניות טובות יותר ויציבות מימדית, והם פחות מועדים לעיוותים ולנזקים. זה גורם לחומרי סיבי פחם פעילים להיות בעלי סיכויי יישום רחבים ביישומים בטמפרטורה גבוהה, כגון חלקי מנועי רכב וחלקי קצה חמים של מנועי תעופה.
מבחינת ביצועי העיבוד, לסיבי הפחם הפעיל יש פעילות מוגברת של פני השטח ותאימות טובה יותר לחומר המטריצה. זה מקל על חומר המטריצה לחדור ולהתרפא על פני השטח של סיבי הפחמן במהלך הכנת החומר המרוכב, ובכך לשפר את יעילות העיבוד ואיכות המוצר. במקביל, יכולת העיצוב של חומרי סיבי הפחם הפעילים משופרת גם היא, ומאפשרת להתאים אותם ליישומים שונים ולעמוד במגוון דרישות הנדסיות מורכבות.
לכן, טיפול הפעלה שלסיבי פחמןמהווה חוליה מרכזית בהכנת חומרי סיבי פחמן בעלי ביצועים גבוהים. באמצעות טיפול ההפעלה, ניתן לשפר את מבנה פני השטח של סיבי פחמן כדי להגדיל את חספוס פני השטח, להכניס קבוצות פונקציונליות פעילות ולשפר את אנרגיית פני השטח, על מנת לשפר את חוזק הקשר בין סיבי הפחמן לחומר המטריצה, ולהניח את הבסיס. להכנת חומרים מרוכבים של סיבי פחמן בעלי תכונות מכניות מצוינות, עמידות בפני קורוזיה, יציבות תרמית וביצועי עיבוד. עם ההתקדמות המתמשכת של המדע והטכנולוגיה, מאמינים שטכנולוגיית הפעלת סיבי פחמן תמשיך לחדש ולהתפתח, ולספק תמיכה חזקה יותר ליישום הרחב של חומרים מרוכבים של סיבי פחמן.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (גם וואטסאפ)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
כתובת: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District,Shanghai
זמן פרסום: 04-04-2024