W dzisiejszej dobie szybkiego postępu technologicznego kompozyty z włókna węglowego zyskują sławę w wielu dziedzinach dzięki swoim doskonałym właściwościom. Od zaawansowanych zastosowań w przemyśle lotniczym po codzienne potrzeby związane z artykułami sportowymi, kompozyty z włókna węglowego wykazały ogromny potencjał. Jednakże, aby przygotować wysokowydajne kompozyty z włókna węglowego, obróbka aktywacyjnawłókna węgloweto kluczowy krok.
Zdjęcie z mikroskopu elektronowego powierzchni włókna węglowego
Włókno węglowe, wysokowydajny materiał włóknisty, ma wiele atrakcyjnych właściwości. Składa się głównie z węgla i ma wydłużoną strukturę włókienkową. Z punktu widzenia struktury powierzchni powierzchnia włókna węglowego jest stosunkowo gładka i zawiera mniej aktywnych grup funkcyjnych. Wynika to z faktu, że podczas przygotowania włókien węglowych karbonizacja w wysokiej temperaturze i inne obróbki powodują, że powierzchnia włókien węglowych występuje w stanie bardziej obojętnym. Ta właściwość powierzchni stwarza szereg wyzwań w przygotowaniu kompozytów z włókna węglowego.
Gładka powierzchnia sprawia, że wiązanie pomiędzy włóknem węglowym a materiałem matrycy jest słabe. Przy wytwarzaniu kompozytów trudno jest materiałowi osnowy wytworzyć silne wiązanie na powierzchniwłókno węglowe, co wpływa na ogólną wydajność materiału kompozytowego. Po drugie, brak aktywnych grup funkcyjnych ogranicza reakcję chemiczną pomiędzy włóknami węglowymi a materiałami osnowy. To sprawia, że wiązanie międzyfazowe między nimi opiera się głównie na efektach fizycznych, takich jak osadzanie mechaniczne itp., które często nie jest wystarczająco stabilne i jest podatne na rozdzielenie pod wpływem sił zewnętrznych.
Schematyczny diagram zbrojenia międzywarstwowego tkaniny z włókna węglowego nanorurkami węglowymi
Aby rozwiązać te problemy, konieczna staje się obróbka aktywacyjna włókien węglowych. Aktywowanywłókna węglowewykazują istotne zmiany w kilku aspektach.
Obróbka aktywacyjna zwiększa chropowatość powierzchni włókien węglowych. Poprzez utlenianie chemiczne, obróbkę plazmową i inne metody w powierzchni włókien węglowych można wytrawić drobne wgłębienia i rowki, powodując szorstkość powierzchni. Ta chropowata powierzchnia zwiększa powierzchnię styku pomiędzy włóknem węglowym a materiałem podłoża, co poprawia wiązanie mechaniczne pomiędzy nimi. Kiedy materiał matrycy jest związany z włóknem węglowym, jest w stanie lepiej osadzić się w tych szorstkich strukturach, tworząc silniejsze wiązanie.
Obróbka aktywacyjna może wprowadzić wiele reaktywnych grup funkcyjnych na powierzchnię włókna węglowego. Te grupy funkcyjne mogą reagować chemicznie z odpowiednimi grupami funkcyjnymi w materiale matrycy, tworząc wiązania chemiczne. Na przykład obróbka utleniająca może wprowadzić grupy hydroksylowe, grupy karboksylowe i inne grupy funkcyjne na powierzchnię włókien węglowych, które mogą reagować zepoksydgrupy w matrycy żywicy i tak dalej, tworząc wiązania kowalencyjne. Siła tego wiązania chemicznego jest znacznie wyższa niż siła wiązania fizycznego, co znacznie poprawia siłę wiązania międzyfazowego pomiędzy włóknem węglowym a materiałem matrycy.
Energia powierzchniowa aktywnego włókna węglowego również znacznie wzrasta. Wzrost energii powierzchniowej ułatwia zwilżanie włókna węglowego przez materiał matrycy, ułatwiając w ten sposób rozprzestrzenianie się i penetrację materiału matrycy na powierzchni włókna węglowego. W procesie przygotowania kompozytów materiał matrycy może być bardziej równomiernie rozprowadzony wokół włókien węglowych, tworząc bardziej gęstą strukturę. Poprawia to nie tylko właściwości mechaniczne materiału kompozytowego, ale także poprawia jego inne właściwości, takie jak odporność na korozję i stabilność termiczną.
Aktywowane włókna węglowe mają wiele zalet przy wytwarzaniu kompozytów z włókna węglowego.
Pod względem właściwości mechanicznych siła wiązania międzyfazowego pomiędzy aktywowanymiwłókna węglowea materiał matrycy został znacznie ulepszony, co umożliwia kompozytom lepsze przenoszenie naprężeń pod wpływem sił zewnętrznych. Oznacza to, że właściwości mechaniczne kompozytów, takie jak wytrzymałość i moduł, ulegają znacznej poprawie. Na przykład w przemyśle lotniczym, który wymaga wyjątkowo wysokich właściwości mechanicznych, części samolotów wykonane z kompozytów z włókna węglowego aktywowanego są w stanie wytrzymać większe obciążenia w locie oraz poprawić bezpieczeństwo i niezawodność samolotu. W dziedzinie artykułów sportowych, takich jak ramy rowerowe, kije golfowe itp., kompozyty z włókna węglowego aktywowanego mogą zapewnić lepszą wytrzymałość i sztywność, jednocześnie zmniejszając wagę i poprawiając wrażenia sportowców.
Pod względem odporności na korozję, dzięki wprowadzeniu reaktywnych grup funkcyjnych na powierzchnię włókien węgla aktywnego, te grupy funkcyjne mogą tworzyć trwalsze wiązania chemiczne z materiałem osnowy, poprawiając w ten sposób odporność korozyjną kompozytów. W niektórych trudnych warunkach środowiskowych, takich jak środowisko morskie, przemysł chemiczny itp., następuje aktywacjakompozyty z włókna węglowegomoże lepiej przeciwstawić się erozji mediów korozyjnych i przedłużyć żywotność. Ma to ogromne znaczenie w przypadku niektórych urządzeń i konstrukcji, które są używane przez długi czas w trudnych warunkach.
Jeśli chodzi o stabilność termiczną, dobre wiązanie międzyfazowe pomiędzy włóknem węgla aktywnego a materiałem matrycy może poprawić stabilność termiczną kompozytów. W środowisku o wysokiej temperaturze kompozyty mogą zachować lepsze właściwości mechaniczne i stabilność wymiarową oraz są mniej podatne na odkształcenia i uszkodzenia. To sprawia, że kompozyty z włókna węglowego aktywowanego mają szerokie perspektywy zastosowania w zastosowaniach wysokotemperaturowych, takich jak części silników samochodowych i części gorące silników lotniczych.
Pod względem wydajności przetwarzania włókna węgla aktywnego mają zwiększoną aktywność powierzchniową i lepszą kompatybilność z materiałem matrycy. Ułatwia to infiltrację i utwardzanie materiału matrycy na powierzchni włókna węglowego podczas przygotowywania materiału kompozytowego, poprawiając w ten sposób wydajność przetwarzania i jakość produktu. Jednocześnie poprawiono także możliwości projektowania kompozytów z włókna węglowego aktywowanego, umożliwiając ich dostosowywanie do różnych zastosowań i spełnianie różnorodnych złożonych wymagań inżynieryjnych.
Dlatego leczenie aktywacyjnewłókna węglowejest kluczowym ogniwem w przygotowaniu wysokowydajnych kompozytów z włókna węglowego. Poprzez obróbkę aktywacyjną można poprawić strukturę powierzchni włókna węglowego, aby zwiększyć chropowatość powierzchni, wprowadzić aktywne grupy funkcyjne i poprawić energię powierzchniową, aby poprawić siłę wiązania międzyfazowego między włóknem węglowym a materiałem matrycy i położyć fundament do otrzymywania kompozytów z włókna węglowego o doskonałych właściwościach mechanicznych, odporności na korozję, stabilności termicznej i wydajności przetwórczej. Uważa się, że wraz z ciągłym postępem nauki i technologii technologia aktywacji włókien węglowych będzie nadal unowocześniana i rozwijana, zapewniając silniejsze wsparcie dla szerokiego zastosowania kompozytów z włókna węglowego.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (również WhatsApp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adres: nr 398 New Green Road Xinbang Town, dystrykt Songjiang, Szanghaj
Czas publikacji: 04 września 2024 r