În era de astăzi a progresului tehnologic rapid, compozitele din fibră de carbon își fac un nume într-o gamă largă de domenii datorită performanței lor superioare. De la aplicații de vârf în domeniul aerospațial până la nevoile zilnice de articole sportive, compozitele din fibră de carbon au arătat un potențial mare. Cu toate acestea, pentru a pregăti compozite de fibră de carbon de înaltă performanță, tratamentul de activare afibre de carboneste un pas crucial.
Imaginea microscopului electronic de suprafață din fibră de carbon
Fibra de carbon, un material din fibre de înaltă performanță, are multe proprietăți convingătoare. Este compus în principal din carbon și are o structură filamentară alungită. Din punct de vedere al structurii suprafeței, suprafața fibrei de carbon este relativ netedă și are mai puține grupuri funcționale active. Acest lucru se datorează faptului că în timpul preparării fibrelor de carbon, carbonizarea la temperatură ridicată și alte tratamente fac ca suprafața fibrelor de carbon să prezinte o stare mai inertă. Această proprietate a suprafeței aduce o serie de provocări la prepararea compozitelor din fibră de carbon.
Suprafața netedă face ca legătura dintre fibra de carbon și materialul matricei să fie slabă. La prepararea compozitelor, este dificil ca materialul matricei să formeze o legătură puternică pe suprafațafibra de carbon, care afectează performanța generală a materialului compozit. În al doilea rând, lipsa grupelor funcționale active limitează reacția chimică dintre fibrele de carbon și materialele matricei. Acest lucru face ca legătura interfacială dintre cele două să se bazeze în principal pe efecte fizice, cum ar fi încorporarea mecanică etc., care adesea nu este suficient de stabilă și este predispusă la separare atunci când este supusă forțelor externe.
Diagrama schematică a armăturii interstratului pânzei din fibră de carbon prin nanotuburi de carbon
Pentru a rezolva aceste probleme, devine necesar tratamentul de activare a fibrelor de carbon. Activatfibre de carbonprezintă schimbări semnificative în mai multe aspecte.
Tratamentul de activare crește rugozitatea suprafeței fibrelor de carbon. Prin oxidare chimică, tratament cu plasmă și alte metode, mici gropi și caneluri pot fi gravate pe suprafața fibrelor de carbon, făcând suprafața aspră. Această suprafață rugoasă mărește aria de contact dintre fibra de carbon și materialul substratului, ceea ce îmbunătățește legătura mecanică dintre cele două. Când materialul matricei este lipit de fibra de carbon, este mai capabil să se înglobeze în aceste structuri brute, formând o legătură mai puternică.
Tratamentul de activare poate introduce o abundență de grupe funcționale reactive pe suprafața fibrei de carbon. Aceste grupări funcționale pot reacționa chimic cu grupările funcționale corespunzătoare din materialul matricei pentru a forma legături chimice. De exemplu, tratamentul de oxidare poate introduce grupări hidroxil, grupări carboxil și alte grupări funcționale pe suprafața fibrelor de carbon, care pot reacționa cuepoxidicgrupări în matricea de rășină și așa mai departe pentru a forma legături covalente. Rezistența acestei legături chimice este mult mai mare decât cea a legăturii fizice, ceea ce îmbunătățește foarte mult rezistența legăturii interfațale dintre fibra de carbon și materialul matricei.
De asemenea, energia de suprafață a fibrei de carbon activ crește semnificativ. Creșterea energiei de suprafață facilitează umezirea fibrei de carbon de materialul matricei, facilitând astfel răspândirea și pătrunderea materialului matricei pe suprafața fibrei de carbon. În procesul de preparare a compozitelor, materialul matricei poate fi distribuit mai uniform în jurul fibrelor de carbon pentru a forma o structură mai densă. Acest lucru nu numai că îmbunătățește proprietățile mecanice ale materialului compozit, dar îmbunătățește și celelalte proprietăți ale acestuia, cum ar fi rezistența la coroziune și stabilitatea termică.
Fibrele de carbon activ au multiple avantaje pentru prepararea compozitelor din fibra de carbon.
În ceea ce privește proprietățile mecanice, puterea de legătură interfacială dintre cele activatefibre de carboniar materialul matricei este mult îmbunătățit, ceea ce permite compozitelor să transfere mai bine tensiunile atunci când sunt supuse forțelor externe. Aceasta înseamnă că proprietățile mecanice ale compozitelor, cum ar fi rezistența și modulul, sunt îmbunătățite semnificativ. De exemplu, în domeniul aerospațial, care necesită proprietăți mecanice extrem de ridicate, piesele de aeronave realizate cu compozite din fibră de carbon activ sunt capabile să reziste la sarcini de zbor mai mari și să îmbunătățească siguranța și fiabilitatea aeronavei. În domeniul articolelor sportive, cum ar fi cadre de biciclete, crose de golf etc., compozitele din fibră de carbon activat pot oferi o rezistență și o rigiditate mai bună, reducând în același timp greutatea și îmbunătățind experiența sportivilor.
În ceea ce privește rezistența la coroziune, datorită introducerii grupelor funcționale reactive pe suprafața fibrelor de carbon activat, aceste grupări funcționale pot forma legături chimice mai stabile cu materialul matricei, îmbunătățind astfel rezistența la coroziune a compozitelor. În unele condiții de mediu dure, cum ar fi mediul marin, industria chimică, etc., activatcompozite din fibră de carbonpoate rezista mai bine la eroziunea mediilor corozive și poate prelungi durata de viață. Acest lucru este de mare importanță pentru unele echipamente și structuri care sunt utilizate în medii dure pentru o lungă perioadă de timp.
În ceea ce privește stabilitatea termică, o bună legătură interfacială între fibra de carbon activat și materialul matricei poate îmbunătăți stabilitatea termică a compozitelor. În mediul cu temperaturi ridicate, compozitele pot menține proprietăți mecanice mai bune și stabilitate dimensională și sunt mai puțin predispuse la deformare și deteriorare. Acest lucru face ca compozitele din fibră de cărbune activ să aibă perspective largi de aplicare în aplicații la temperatură înaltă, cum ar fi piesele de motor de automobile și piesele hot end ale motoarelor de aviație.
În ceea ce privește performanța de procesare, fibrele de carbon activ au o activitate de suprafață crescută și o compatibilitate mai bună cu materialul matricei. Acest lucru face ca materialul de matrice să se infiltreze și să se întărească mai ușor pe suprafața fibrei de carbon în timpul preparării materialului compozit, îmbunătățind astfel eficiența prelucrării și calitatea produsului. În același timp, designabilitatea compozitelor din fibră de cărbune activ este, de asemenea, îmbunătățită, permițându-le să fie personalizate pentru diferite aplicații și să îndeplinească o varietate de cerințe de inginerie complexe.
Prin urmare, tratamentul de activare afibre de carboneste o verigă cheie în prepararea compozitelor din fibră de carbon de înaltă performanță. Prin tratamentul de activare, structura de suprafață a fibrei de carbon poate fi îmbunătățită pentru a crește rugozitatea suprafeței, a introduce grupuri funcționale active și a îmbunătăți energia de suprafață, astfel încât să îmbunătățească rezistența interfeței de legătură între fibra de carbon și materialul matricei și să pună bazele. pentru prepararea compozitelor din fibră de carbon cu proprietăți mecanice excelente, rezistență la coroziune, stabilitate termică și performanță de prelucrare. Odată cu progresul continuu al științei și tehnologiei, se crede că tehnologia de activare a fibrei de carbon va continua să inoveze și să se dezvolte, oferind un sprijin mai puternic pentru aplicarea largă a compozitelor din fibră de carbon.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (de asemenea, whatsapp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresă: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Ora postării: 04-sept-2024