I dagens æra med raske teknologiske fremskritt, gjør karbonfiberkompositter et navn for seg selv på et bredt spekter av felt på grunn av deres overlegne ytelse. Fra avanserte applikasjoner i romfart til daglige behov for sportsutstyr, karbonfiberkompositter har vist stort potensial. Men for å forberede høyytelses karbonfiberkompositter, aktiveringsbehandling avkarbonfibreer et avgjørende skritt.
Karbonfiberoverflate elektronmikroskopbilde
Karbonfiber, et høyytelses fibermateriale, har mange overbevisende egenskaper. Den består hovedsakelig av karbon og har en langstrakt filamentær struktur. Fra overflatestrukturens synspunkt er overflaten av karbonfiber relativt glatt og har færre aktive funksjonelle grupper. Dette skyldes det faktum at under tilberedning av karbonfibre, høytemperaturkarbonisering og andre behandlinger gjør overflaten av karbonfibre til en mer inert tilstand. Denne overflateegenskapen gir en rekke utfordringer til fremstilling av karbonfiberkompositter.
Den glatte overflaten gjør bindingen mellom karbonfiber og matrisemateriale svak. Ved fremstilling av kompositter er det vanskelig for matrisematerialet å danne en sterk binding på overflaten avkarbonfiber, som påvirker den generelle ytelsen til komposittmaterialet. For det andre begrenser mangelen på aktive funksjonelle grupper den kjemiske reaksjonen mellom karbonfibre og matrisematerialer. Dette gjør at grenseflatebindingen mellom de to hovedsakelig er avhengig av fysiske effekter, som mekanisk innstøping, etc., som ofte ikke er stabil nok og er utsatt for separasjon når den utsettes for ytre krefter.
Skjematisk diagram av forsterkning mellom lag av karbonfiberduk med karbon-nanorør
For å løse disse problemene blir aktiveringsbehandling av karbonfibre nødvendig. Aktivertkarbonfibreviser betydelige endringer i flere aspekter.
Aktiveringsbehandling øker overflateruheten til karbonfibre. Gjennom kjemisk oksidasjon, plasmabehandling og andre metoder kan bittesmå groper og riller etses inn i overflaten av karbonfibre, noe som gjør overflaten ru. Denne grove overflaten øker kontaktområdet mellom karbonfiberen og underlagsmaterialet, noe som forbedrer den mekaniske bindingen mellom de to. Når matrisematerialet er bundet til karbonfiberen, er det bedre i stand til å bygge seg inn i disse grove strukturene, og danner en sterkere binding.
Aktiveringsbehandlingen kan introdusere en overflod av reaktive funksjonelle grupper på overflaten av karbonfiberen. Disse funksjonelle gruppene kan reagere kjemisk med de tilsvarende funksjonelle gruppene i matrisematerialet for å danne kjemiske bindinger. For eksempel kan oksidasjonsbehandling introdusere hydroksylgrupper, karboksylgrupper og andre funksjonelle grupper på overflaten av karbonfibre, som kan reagere medepoksygrupper i harpiksmatrisen og så videre for å danne kovalente bindinger. Styrken til denne kjemiske bindingen er mye høyere enn fysisk binding, noe som i stor grad forbedrer grenseflatebindingsstyrken mellom karbonfiberen og matrisematerialet.
Overflateenergien til den aktive karbonfiberen øker også betydelig. Økningen i overflateenergi gjør det lettere for karbonfiberen å bli fuktet av matrisematerialet, og letter dermed spredning og penetrering av matrisematerialet på overflaten av karbonfiberen. I prosessen med å fremstille kompositter kan matrisematerialet fordeles jevnere rundt karbonfibrene for å danne en tettere struktur. Dette forbedrer ikke bare de mekaniske egenskapene til komposittmaterialet, men forbedrer også dets andre egenskaper, som korrosjonsbestandighet og termisk stabilitet.
Aktiverte karbonfibre har flere fordeler for fremstilling av karbonfiberkompositter.
Når det gjelder mekaniske egenskaper, grenseflatebindingsstyrken mellom de aktivertekarbonfibreog matrisematerialet er sterkt forbedret, noe som gjør at komposittene bedre kan overføre spenninger når de utsettes for ytre krefter. Dette betyr at de mekaniske egenskapene til kompositter som styrke og modul er betydelig forbedret. For eksempel, i romfartsfeltet, som krever ekstremt høye mekaniske egenskaper, er flydeler laget av aktivert karbonfiberkompositt i stand til å motstå større flybelastninger og forbedre sikkerheten og påliteligheten til flyet. Innenfor sportsutstyr, som sykkelrammer, golfkøller osv., kan kompositter av aktivert karbonfiber gi bedre styrke og stivhet, samtidig som de reduserer vekten og forbedrer utøvernes opplevelse.
Når det gjelder korrosjonsmotstand, på grunn av introduksjonen av reaktive funksjonelle grupper på overflaten av aktivert karbonfibre, kan disse funksjonelle gruppene danne mer stabil kjemisk binding med matrisematerialet, og dermed forbedre korrosjonsmotstanden til komposittene. I noen tøffe miljøforhold, som det marine miljøet, kjemisk industri, etc., aktivereskarbonfiberkompositterkan bedre motstå erosjon av korrosive medier og forlenge levetiden. Dette har stor betydning for en del utstyr og konstruksjoner som brukes i tøffe miljøer over lengre tid.
Når det gjelder termisk stabilitet, kan god grensesnittbinding mellom aktivert karbonfiber og matrisemateriale forbedre den termiske stabiliteten til kompositter. Under høytemperaturmiljøet kan komposittene opprettholde bedre mekaniske egenskaper og dimensjonsstabilitet, og er mindre utsatt for deformasjon og skade. Dette gjør at komposittene av aktivert karbonfiber har brede bruksmuligheter i høytemperaturapplikasjoner, for eksempel deler til bilmotorer og varmedeler til flymotorer.
Når det gjelder prosessytelse, har de aktive karbonfibrene økt overflateaktivitet og bedre kompatibilitet med matrisematerialet. Dette gjør det lettere for matrisematerialet å infiltrere og herde på overflaten av karbonfiberen under fremstillingen av komposittmaterialet, og dermed forbedre prosesseringseffektiviteten og produktkvaliteten. Samtidig er utformbarheten til komposittene av aktivert karbonfiber også forbedret, slik at de kan tilpasses for forskjellige bruksområder og møte en rekke komplekse tekniske krav.
Derfor aktiveringsbehandling avkarbonfibreer et nøkkelledd i utarbeidelsen av høyytelses karbonfiberkompositter. Gjennom aktiveringsbehandlingen kan overflatestrukturen til karbonfiber forbedres for å øke overflateruheten, introdusere aktive funksjonelle grupper og forbedre overflateenergien, for å forbedre grenseflatebindingsstyrken mellom karbonfiber og matrisemateriale, og legge grunnlaget for fremstilling av karbonfiberkompositter med utmerkede mekaniske egenskaper, korrosjonsbestandighet, termisk stabilitet og prosessytelse. Med den kontinuerlige utviklingen av vitenskap og teknologi, antas det at karbonfiberaktiveringsteknologi vil fortsette å innovere og utvikle seg, og gi sterkere støtte for den brede anvendelsen av karbonfiberkompositter.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368(også whatsapp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresse: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Innleggstid: Sep-04-2024