В современную эпоху быстрого технологического прогресса композиты из углеродного волокна делают себе имя в широком спектре областей благодаря своим превосходным характеристикам. Композиты из углеродного волокна продемонстрировали большой потенциал: от высокотехнологичных применений в аэрокосмической отрасли до повседневных нужд в производстве спортивных товаров. Однако для получения высокоэффективных композитов из углеродного волокна необходима активационная обработкауглеродные волокнаявляется решающим шагом.
Изображение электронного микроскопа поверхности углеродного волокна
Углеродное волокно, высокопроизводительный волокнистый материал, обладает множеством привлекательных свойств. Он состоит в основном из углерода и имеет удлиненную нитевидную структуру. С точки зрения структуры поверхности поверхность углеродного волокна относительно гладкая и имеет меньшее количество активных функциональных групп. Это связано с тем, что при изготовлении углеродных волокон высокотемпературная карбонизация и другие обработки приводят поверхность углеродных волокон в более инертное состояние. Это свойство поверхности создает ряд проблем при приготовлении композитов из углеродного волокна.
Гладкая поверхность делает связь между углеродным волокном и материалом матрицы слабой. При изготовлении композитов матричному материалу трудно образовать прочную связь с поверхностью.углеродное волокно, что влияет на общие характеристики композиционного материала. Во-вторых, отсутствие активных функциональных групп ограничивает химическую реакцию между углеродными волокнами и материалами матрицы. Из-за этого межфазное соединение между ними в основном зависит от физических эффектов, таких как механическое встраивание и т. д., которые часто недостаточно стабильны и склонны к разделению под воздействием внешних сил.
Принципиальная схема межслойного армирования углеродной ткани углеродными нанотрубками
Для решения этих проблем становится необходимой активационная обработка углеродных волокон. Активированоуглеродные волокнапоказывают существенные изменения в нескольких аспектах.
Активационная обработка увеличивает шероховатость поверхности углеродных волокон. Благодаря химическому окислению, плазменной обработке и другим методам на поверхности углеродных волокон могут образовываться крошечные ямки и канавки, что делает поверхность шероховатой. Эта шероховатая поверхность увеличивает площадь контакта между углеродным волокном и материалом подложки, что улучшает механическую связь между ними. Когда матричный материал связан с углеродным волокном, он может лучше внедриться в эти шероховатые структуры, образуя более прочную связь.
Активационная обработка может привести к появлению большого количества реакционноспособных функциональных групп на поверхности углеродного волокна. Эти функциональные группы могут химически реагировать с соответствующими функциональными группами в материале матрицы с образованием химических связей. Например, окислительная обработка может привести к появлению на поверхности углеродных волокон гидроксильных групп, карбоксильных групп и других функциональных групп, которые могут вступать в реакцию сэпоксидная смолагруппы в матрице смолы и так далее с образованием ковалентных связей. Прочность этой химической связи намного выше, чем прочность физической связи, что значительно улучшает прочность межфазного соединения между углеродным волокном и материалом матрицы.
Поверхностная энергия активированного углеродного волокна также значительно увеличивается. Увеличение поверхностной энергии облегчает смачивание углеродного волокна матричным материалом, тем самым облегчая распространение и проникновение матричного материала на поверхность углеродного волокна. В процессе приготовления композитов матричный материал может более равномерно распределяться вокруг углеродных волокон с образованием более плотной структуры. Это не только улучшает механические свойства композиционного материала, но и улучшает другие его свойства, такие как коррозионная стойкость и термическая стабильность.
Волокна активированного угля имеют множество преимуществ при изготовлении композитов из углеродных волокон.
С точки зрения механических свойств, прочность межфазного соединения между активированнымиуглеродные волокнаи материал матрицы значительно улучшен, что позволяет композитам лучше переносить напряжения при воздействии внешних сил. Это означает, что механические свойства композитов, такие как прочность и модуль упругости, значительно улучшаются. Например, в аэрокосмической области, где требуются чрезвычайно высокие механические свойства, детали самолетов, изготовленные из композитов из активированного углеродного волокна, способны выдерживать более высокие полетные нагрузки и повышать безопасность и надежность самолета. В области спортивных товаров, таких как велосипедные рамы, клюшки для гольфа и т. д., композиты из активированного углеродного волокна могут обеспечить лучшую прочность и жесткость, одновременно снижая вес и улучшая опыт спортсменов.
С точки зрения коррозионной стойкости, за счет введения на поверхность активированных углеродных волокон реакционноспособных функциональных групп эти функциональные группы могут образовывать более прочную химическую связь с материалом матрицы, тем самым улучшая коррозионную стойкость композитов. В некоторых суровых условиях окружающей среды, таких как морская среда, химическая промышленность и т. д., активированныйкомпозиты из углеродного волокнаможет лучше противостоять эрозии агрессивных сред и продлить срок службы. Это имеет большое значение для некоторого оборудования и конструкций, длительное время эксплуатирующихся в суровых условиях.
Что касается термической стабильности, хорошая межфазная связь между активированным углеродным волокном и матричным материалом может улучшить термическую стабильность композитов. В условиях высоких температур композиты могут сохранять лучшие механические свойства и стабильность размеров, а также менее подвержены деформации и повреждениям. Благодаря этому композиты из активированного углеродного волокна имеют широкие перспективы применения в высокотемпературных приложениях, таких как детали автомобильных двигателей и детали горячих частей авиационных двигателей.
С точки зрения производительности обработки волокна активированного угля обладают повышенной поверхностной активностью и лучшей совместимостью с материалом матрицы. Это облегчает проникновение матричного материала и отверждение на поверхности углеродного волокна во время приготовления композиционного материала, тем самым повышая эффективность обработки и качество продукции. В то же время расширяются возможности проектирования композитов из активированного углеродного волокна, что позволяет настраивать их для различных применений и удовлетворять множеству сложных инженерных требований.
Поэтому активационное лечениеуглеродные волокнаявляется ключевым звеном в создании высокоэффективных композитов из углеродного волокна. Посредством активационной обработки структура поверхности углеродного волокна может быть улучшена, чтобы увеличить шероховатость поверхности, ввести активные функциональные группы и улучшить поверхностную энергию, чтобы улучшить прочность межфазного соединения между углеродным волокном и матричным материалом и заложить основу. для получения композитов из углеродного волокна с превосходными механическими свойствами, коррозионной стойкостью, термической стабильностью и производительностью обработки. Считается, что благодаря постоянному прогрессу науки и техники технология активации углеродного волокна будет продолжать внедряться и развиваться, обеспечивая более мощную поддержку широкому применению композитов из углеродного волокна.
Шанхайская компания Orisen New Material Technology Co., Ltd.
М: +86 18683776368 (также WhatsApp)
Т:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Адрес: NO.398 New Green Road, город Синьбан, район Сунцзян, Шанхай
Время публикации: 04 сентября 2024 г.