오늘날 급속한 기술 발전 시대에 탄소섬유 복합재는 뛰어난 성능으로 다양한 분야에서 명성을 얻고 있습니다. 항공우주 분야의 고급 응용 분야부터 스포츠 용품의 일상적인 요구 사항에 이르기까지 탄소 섬유 복합재는 큰 잠재력을 보여왔습니다. 그러나 고성능 탄소섬유 복합재료를 제조하기 위해서는탄소 섬유중요한 단계입니다.
탄소섬유 표면전자현미경 사진
고성능 섬유 소재인 탄소 섬유는 많은 매력적인 특성을 가지고 있습니다. 주로 탄소로 구성되어 있으며 길쭉한 필라멘트 구조를 가지고 있습니다. 표면 구조의 관점에서 볼 때 탄소 섬유의 표면은 상대적으로 매끄럽고 활성 작용기가 적습니다. 이는 탄소섬유를 제조하는 동안 고온 탄화 및 기타 처리를 통해 탄소섬유의 표면이 더욱 불활성 상태로 존재하기 때문입니다. 이러한 표면 특성은 탄소 섬유 복합재 제조에 일련의 과제를 안겨줍니다.
매끄러운 표면은 탄소 섬유와 매트릭스 재료 사이의 결합을 약하게 만듭니다. 복합재 제조 시 매트릭스 재료가 표면에 강한 결합을 형성하기 어렵습니다.탄소섬유이는 복합 재료의 전반적인 성능에 영향을 미칩니다. 둘째, 활성 작용기가 부족하여 탄소 섬유와 매트릭스 재료 사이의 화학 반응이 제한됩니다. 이로 인해 둘 사이의 계면 결합은 기계적 임베딩 등과 같은 물리적 효과에 주로 의존하게 되는데, 이는 종종 충분히 안정적이지 않고 외부 힘을 받을 때 분리되기 쉽습니다.
탄소나노튜브를 이용한 탄소섬유직물의 층간보강 모식도
이러한 문제를 해결하기 위해서는 탄소섬유의 활성화 처리가 필요하게 된다. 활성화됨탄소 섬유여러 측면에서 큰 변화를 보여줍니다.
활성화 처리는 탄소 섬유의 표면 거칠기를 증가시킵니다. 화학적 산화, 플라즈마 처리 및 기타 방법을 통해 탄소 섬유 표면에 작은 구덩이와 홈이 새겨져 표면이 거칠어질 수 있습니다. 이 거친 표면은 탄소 섬유와 기판 재료 사이의 접촉 면적을 증가시켜 둘 사이의 기계적 결합을 향상시킵니다. 매트릭스 재료가 탄소 섬유에 결합되면 이러한 거친 구조에 더 잘 내장되어 더 강한 결합을 형성할 수 있습니다.
활성화 처리는 탄소 섬유 표면에 풍부한 반응성 작용기를 도입할 수 있습니다. 이러한 작용기는 매트릭스 물질의 해당 작용기와 화학적으로 반응하여 화학 결합을 형성할 수 있습니다. 예를 들어, 산화 처리는 탄소 섬유 표면에 수산기, 카르복실기 및 기타 작용기를 도입할 수 있으며, 이는 탄소 섬유와 반응할 수 있습니다.에폭시수지 매트릭스의 그룹 등이 공유 결합을 형성합니다. 이러한 화학적 결합의 강도는 물리적 결합의 강도보다 훨씬 높으며, 이는 탄소섬유와 매트릭스 재료 사이의 계면 결합 강도를 크게 향상시킵니다.
활성탄소섬유의 표면에너지도 크게 증가한다. 표면 에너지가 증가하면 탄소섬유가 매트릭스 물질에 의해 젖기 쉬워지므로 탄소섬유 표면에서 매트릭스 물질의 퍼짐과 침투가 용이해집니다. 복합재를 준비하는 과정에서 매트릭스 재료는 탄소 섬유 주위에 더욱 고르게 분포되어 보다 치밀한 구조를 형성할 수 있습니다. 이는 복합재료의 기계적 특성을 향상시킬 뿐만 아니라 내식성 및 열 안정성과 같은 다른 특성도 향상시킵니다.
활성 탄소 섬유는 탄소 섬유 복합재 제조에 여러 가지 장점을 가지고 있습니다.
기계적 성질의 측면에서, 활성화된 물질 사이의 계면 결합 강도탄소 섬유매트릭스 재료가 크게 개선되어 복합재가 외부 힘을 받을 때 응력을 더 잘 전달할 수 있습니다. 이는 강도 및 모듈러스와 같은 복합재의 기계적 특성이 크게 향상되었음을 의미합니다. 예를 들어, 매우 높은 기계적 특성이 요구되는 항공우주 분야에서 활성탄소섬유 복합재로 제작된 항공기 부품은 더 큰 비행 하중을 견딜 수 있고 항공기의 안전성과 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다. 자전거 프레임, 골프 클럽 등과 같은 스포츠 용품 분야에서 활성탄소섬유 복합재는 더 나은 강도와 강성을 제공하는 동시에 무게를 줄이고 운동선수의 경험을 향상시킬 수 있습니다.
내식성 측면에서는 활성탄소섬유 표면에 반응성 관능기가 도입되어 이러한 관능기가 매트릭스 재료와 보다 안정적인 화학적 결합을 형성하여 복합재료의 내식성을 향상시킬 수 있습니다. 해양 환경, 화학 산업 등과 같은 일부 가혹한 환경 조건에서는 활성화됩니다.탄소 섬유 복합재부식성 매체의 침식에 더 잘 저항하고 서비스 수명을 연장할 수 있습니다. 이는 장기간 열악한 환경에서 사용되는 일부 장비 및 구조물에 큰 의미가 있습니다.
열 안정성 측면에서 활성 탄소 섬유와 매트릭스 재료 사이의 우수한 계면 결합은 복합재의 열 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 고온 환경에서 복합재는 더 나은 기계적 특성과 치수 안정성을 유지할 수 있으며 변형 및 손상이 덜 발생합니다. 이로 인해 활성 탄소 섬유 복합재는 자동차 엔진 부품 및 항공 엔진 핫 엔드 부품과 같은 고온 응용 분야에서 광범위한 응용 가능성을 갖게 됩니다.
가공 성능 측면에서 활성탄 섬유는 표면 활성이 증가하고 매트릭스 재료와의 호환성이 향상되었습니다. 이는 복합재료 제조시 매트릭스 재료가 탄소섬유 표면에 침투 및 경화되기 쉽도록 하여 가공효율 및 제품 품질을 향상시킨다. 동시에 활성 탄소 섬유 복합재의 설계 가능성도 향상되어 다양한 응용 분야에 맞게 맞춤화하고 다양하고 복잡한 엔지니어링 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
따라서 활성화 처리는탄소 섬유고성능 탄소 섬유 복합재 제조의 핵심 링크입니다. 활성화 처리를 통해 탄소섬유의 표면구조를 개선하여 표면거칠기를 증가시키고, 활성관능기를 도입하며, 표면에너지를 향상시켜 탄소섬유와 매트릭스재 사이의 계면결합력을 향상시켜 기초를 마련할 수 있습니다. 기계적 물성, 내식성, 열안정성, 가공성이 우수한 탄소섬유 복합재료 제조에 사용됩니다. 과학과 기술이 지속적으로 발전함에 따라 탄소 섬유 활성화 기술은 계속해서 혁신과 발전을 거듭하여 탄소 섬유 복합재의 폭넓은 적용을 더욱 강력하게 지원할 것이라고 믿습니다.
상하이 오리센 신소재 기술 유한 회사
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게시 시간: 2024년 9월 4일