In het huidige tijdperk van snelle technologische vooruitgang maken koolstofvezelcomposieten naam op een groot aantal gebieden dankzij hun superieure prestaties. Van hoogwaardige toepassingen in de lucht- en ruimtevaart tot de dagelijkse behoeften van sportartikelen: koolstofvezelcomposieten hebben een groot potentieel getoond. Om echter hoogwaardige koolstofvezelcomposieten te bereiden, moet een activeringsbehandeling worden uitgevoerdkoolstof vezelsis een cruciale stap.
Foto van een koolstofvezeloppervlaktelektronenmicroscoop
Koolstofvezel, een hoogwaardig vezelmateriaal, heeft veel aantrekkelijke eigenschappen. Het bestaat voornamelijk uit koolstof en heeft een langwerpige filamentaire structuur. Vanuit het oogpunt van de oppervlaktestructuur is het oppervlak van koolstofvezel relatief glad en heeft het minder actieve functionele groepen. Dit komt door het feit dat tijdens de bereiding van koolstofvezels carbonisatie bij hoge temperatuur en andere behandelingen het oppervlak van koolstofvezels in een meer inerte toestand brengen. Deze oppervlakte-eigenschap brengt een reeks uitdagingen met zich mee voor de bereiding van koolstofvezelcomposieten.
Het gladde oppervlak maakt de verbinding tussen koolstofvezel en matrixmateriaal zwak. Bij de vervaardiging van composieten is het moeilijk voor het matrixmateriaal om een sterke binding te vormen op het oppervlak van het materiaalkoolstofvezel, wat de algehele prestaties van het composietmateriaal beïnvloedt. Ten tweede beperkt het gebrek aan actieve functionele groepen de chemische reactie tussen koolstofvezels en matrixmaterialen. Dit zorgt ervoor dat de grensvlakbinding tussen de twee voornamelijk afhankelijk is van fysieke effecten, zoals mechanische inbedding, enz., die vaak niet stabiel genoeg is en gevoelig is voor scheiding bij blootstelling aan externe krachten.
Schematisch diagram van tussenlaagversterking van koolstofvezeldoek door koolstofnanobuisjes
Om deze problemen op te lossen is een activeringsbehandeling van koolstofvezels noodzakelijk. Geactiveerdkoolstof vezelslaten op een aantal punten significante veranderingen zien.
Activeringsbehandeling verhoogt de oppervlakteruwheid van koolstofvezels. Door chemische oxidatie, plasmabehandeling en andere methoden kunnen kleine putjes en groeven in het oppervlak van koolstofvezels worden geëtst, waardoor het oppervlak ruw wordt. Dit ruwe oppervlak vergroot het contactoppervlak tussen de koolstofvezel en het substraatmateriaal, waardoor de mechanische verbinding tussen de twee verbetert. Wanneer het matrixmateriaal aan de koolstofvezel wordt gebonden, kan het zich beter in deze ruwe structuren inbedden, waardoor een sterkere verbinding ontstaat.
De activeringsbehandeling kan een overvloed aan reactieve functionele groepen op het oppervlak van de koolstofvezel introduceren. Deze functionele groepen kunnen chemisch reageren met de overeenkomstige functionele groepen in het matrixmateriaal om chemische bindingen te vormen. Door oxidatiebehandeling kunnen bijvoorbeeld hydroxylgroepen, carboxylgroepen en andere functionele groepen op het oppervlak van koolstofvezels worden geïntroduceerd, die kunnen reageren met deepoxygroepen in de harsmatrix enzovoort om covalente bindingen te vormen. De sterkte van deze chemische binding is veel hoger dan die van fysieke binding, waardoor de grensvlakbindingssterkte tussen de koolstofvezel en het matrixmateriaal aanzienlijk verbetert.
Ook de oppervlakte-energie van de actieve koolstofvezel neemt aanzienlijk toe. De toename van de oppervlakte-energie maakt het gemakkelijker voor de koolstofvezel om bevochtigd te worden door het matrixmateriaal, waardoor de verspreiding en penetratie van het matrixmateriaal op het oppervlak van de koolstofvezel wordt vergemakkelijkt. Tijdens het bereiden van composieten kan het matrixmateriaal gelijkmatiger rond de koolstofvezels worden verdeeld om een dichtere structuur te vormen. Dit verbetert niet alleen de mechanische eigenschappen van het composietmateriaal, maar verbetert ook de andere eigenschappen ervan, zoals corrosieweerstand en thermische stabiliteit.
Actieve koolstofvezels hebben meerdere voordelen voor de bereiding van koolstofvezelcomposieten.
In termen van mechanische eigenschappen, de grensvlakbindingssterkte tussen de geactiveerdekoolstof vezelsen het matrixmateriaal is sterk verbeterd, waardoor de composieten spanningen beter kunnen overbrengen wanneer ze worden blootgesteld aan externe krachten. Dit betekent dat de mechanische eigenschappen van composieten zoals sterkte en modulus aanzienlijk worden verbeterd. In de lucht- en ruimtevaartsector, waar extreem hoge mechanische eigenschappen vereist zijn, zijn vliegtuigonderdelen die zijn gemaakt met composieten van actieve koolstofvezels bijvoorbeeld in staat grotere vliegbelastingen te weerstaan en de veiligheid en betrouwbaarheid van het vliegtuig te verbeteren. Op het gebied van sportartikelen, zoals fietsframes, golfclubs, enz., kunnen composieten van actieve koolstofvezels zorgen voor betere sterkte en stijfheid, terwijl ze het gewicht verminderen en de ervaring van de atleten verbeteren.
In termen van corrosieweerstand kunnen deze functionele groepen, dankzij de introductie van reactieve functionele groepen op het oppervlak van actieve koolstofvezels, een stabielere chemische binding vormen met het matrixmateriaal, waardoor de corrosieweerstand van de composieten wordt verbeterd. In sommige barre omgevingsomstandigheden, zoals het mariene milieu, de chemische industrie, enz., wordt het geactiveerdkoolstofvezelcomposietenkan de erosie van corrosieve media beter weerstaan en de levensduur verlengen. Dit is van groot belang voor sommige apparatuur en constructies die lange tijd in zware omstandigheden worden gebruikt.
In termen van thermische stabiliteit kan een goede grensvlakbinding tussen actieve koolstofvezel en matrixmateriaal de thermische stabiliteit van composieten verbeteren. Onder de hoge temperaturen kunnen de composieten betere mechanische eigenschappen en maatvastheid behouden, en zijn ze minder gevoelig voor vervorming en schade. Dit zorgt ervoor dat de actieve koolstofvezelcomposieten brede toepassingsmogelijkheden hebben in toepassingen bij hoge temperaturen, zoals motoronderdelen voor auto's en hotend-onderdelen voor luchtvaartmotoren.
In termen van verwerkingsprestaties hebben de actieve koolstofvezels een verhoogde oppervlakteactiviteit en een betere compatibiliteit met het matrixmateriaal. Dit maakt het gemakkelijker voor het matrixmateriaal om te infiltreren en uit te harden op het oppervlak van de koolstofvezel tijdens de bereiding van het composietmateriaal, waardoor de verwerkingsefficiëntie en productkwaliteit worden verbeterd. Tegelijkertijd wordt ook de ontwerpbaarheid van de actieve koolstofvezelcomposieten verbeterd, waardoor ze kunnen worden aangepast voor verschillende toepassingen en kunnen voldoen aan een verscheidenheid aan complexe technische vereisten.
Daarom activatiebehandeling vankoolstof vezelsis een belangrijke schakel bij de bereiding van hoogwaardige koolstofvezelcomposieten. Door de activeringsbehandeling kan de oppervlaktestructuur van koolstofvezel worden verbeterd om de oppervlakteruwheid te vergroten, actieve functionele groepen te introduceren en de oppervlakte-energie te verbeteren, om de grensvlakbindingssterkte tussen koolstofvezel en matrixmateriaal te verbeteren en de basis te leggen voor de bereiding van koolstofvezelcomposieten met uitstekende mechanische eigenschappen, corrosieweerstand, thermische stabiliteit en verwerkingsprestaties. Met de voortdurende vooruitgang van wetenschap en technologie wordt aangenomen dat de koolstofvezelactiveringstechnologie zal blijven innoveren en ontwikkelen, wat een sterkere ondersteuning zal bieden voor de brede toepassing van koolstofvezelcomposieten.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (ook whatsapp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adres: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Posttijd: 04-09-2024