V današnji dobi hitrega tehnološkega napredka si kompoziti iz ogljikovih vlaken zaradi svoje vrhunske učinkovitosti ustvarjajo ime na številnih področjih. Od vrhunskih aplikacij v letalstvu do vsakodnevnih potreb športne opreme so kompoziti iz ogljikovih vlaken pokazali velik potencial. Vendar pa je za pripravo visoko zmogljivih kompozitov iz ogljikovih vlaken potrebna aktivacijska obdelavaogljikovih vlakenje ključen korak.
Površinska slika ogljikovih vlaken z elektronskim mikroskopom
Ogljikova vlakna, visoko zmogljiv vlaknati material, imajo številne prepričljive lastnosti. V glavnem je sestavljen iz ogljika in ima podolgovato nitasto strukturo. Z vidika površinske strukture je površina ogljikovih vlaken relativno gladka in ima manj aktivnih funkcionalnih skupin. To je posledica dejstva, da med pripravo ogljikovih vlaken visokotemperaturna karbonizacija in druge obdelave povzročijo, da je površina ogljikovih vlaken v bolj inertnem stanju. Ta površinska lastnost prinaša vrsto izzivov pri pripravi kompozitov iz ogljikovih vlaken.
Zaradi gladke površine je vez med ogljikovimi vlakni in matričnim materialom šibka. Pri pripravi kompozitov matrični material težko tvori močno vez na površiniogljikovih vlaken, kar vpliva na splošno učinkovitost kompozitnega materiala. Drugič, pomanjkanje aktivnih funkcionalnih skupin omejuje kemično reakcijo med ogljikovimi vlakni in matričnimi materiali. Zaradi tega je medfazna vez med obema v glavnem odvisna od fizičnih učinkov, kot je mehanska vdelava itd., ki pogosto ni dovolj stabilna in je nagnjena k ločitvi, ko je izpostavljena zunanjim silam.
Shematski diagram vmesne ojačitve tkanine iz ogljikovih vlaken z ogljikovimi nanocevkami
Za rešitev teh težav je potrebna aktivacijska obdelava ogljikovih vlaken. Aktiviranoogljikovih vlakenkažejo pomembne spremembe v več pogledih.
Aktivacijska obdelava poveča površinsko hrapavost ogljikovih vlaken. S kemično oksidacijo, obdelavo s plazmo in drugimi metodami je mogoče v površino ogljikovih vlaken vrezati drobne jamice in utore, zaradi česar je površina hrapava. Ta hrapava površina poveča kontaktno površino med ogljikovimi vlakni in materialom substrata, kar izboljša mehansko vez med obema. Ko je matrični material vezan na ogljikova vlakna, se lažje vgradi v te grobe strukture in tvori močnejšo vez.
Aktivacijska obdelava lahko uvede obilico reaktivnih funkcionalnih skupin na površino ogljikovih vlaken. Te funkcionalne skupine lahko kemično reagirajo z ustreznimi funkcionalnimi skupinami v matričnem materialu, da tvorijo kemične vezi. Na primer, oksidacijska obdelava lahko uvede hidroksilne skupine, karboksilne skupine in druge funkcionalne skupine na površini ogljikovih vlaken, ki lahko reagirajo zepoksiskupine v matriksu smole in tako naprej, da tvorijo kovalentne vezi. Moč te kemične vezi je veliko večja od trdnosti fizične vezi, kar močno izboljša medfazno vezno trdnost med ogljikovimi vlakni in materialom matrice.
Površinska energija aktivnih ogljikovih vlaken se prav tako znatno poveča. Povečanje površinske energije olajša omočenje ogljikovih vlaken z materialom matrice, kar olajša širjenje in prodiranje materiala matrice na površino ogljikovih vlaken. V procesu priprave kompozitov se lahko matrični material bolj enakomerno porazdeli okoli ogljikovih vlaken, da se tvori bolj gosta struktura. To ne izboljša samo mehanskih lastnosti kompozitnega materiala, ampak tudi izboljša njegove druge lastnosti, kot sta odpornost proti koroziji in toplotna stabilnost.
Aktivna ogljikova vlakna imajo številne prednosti za pripravo kompozitov iz ogljikovih vlaken.
Kar zadeva mehanske lastnosti, medfazno vezno moč med aktiviranimogljikovih vlakenin matrični material je močno izboljšan, kar kompozitom omogoča boljši prenos napetosti, ko so izpostavljeni zunanjim silam. To pomeni, da so mehanske lastnosti kompozitov, kot sta trdnost in modul, bistveno izboljšane. Na primer, na letalskem in vesoljskem področju, ki zahteva izjemno visoke mehanske lastnosti, lahko deli letal, izdelani s kompoziti iz aktivnih ogljikovih vlaken, prenesejo večje obremenitve leta ter izboljšajo varnost in zanesljivost letala. Na področju športnih izdelkov, kot so okvirji koles, palice za golf itd., lahko kompoziti z aktivnimi ogljikovimi vlakni zagotovijo večjo trdnost in togost, hkrati pa zmanjšajo težo in izboljšajo športnikovo izkušnjo.
Kar zadeva korozijsko odpornost, lahko zaradi uvedbe reaktivnih funkcionalnih skupin na površino vlaken z aktivnim ogljem te funkcionalne skupine tvorijo bolj stabilno kemično vez z matričnim materialom in tako izboljšajo korozijsko odpornost kompozitov. V nekaterih težkih okoljskih pogojih, kot so morsko okolje, kemična industrija itd., se aktivirakompoziti iz ogljikovih vlakense lahko bolje upre eroziji korozivnih medijev in podaljša življenjsko dobo. To je zelo pomembno za nekatere naprave in strukture, ki se dolgo časa uporabljajo v težkih okoljih.
Kar zadeva toplotno stabilnost, lahko dobra medfazna vez med aktivnim ogljikovim vlaknom in matričnim materialom izboljša toplotno stabilnost kompozitov. V okolju z visoko temperaturo lahko kompoziti ohranijo boljše mehanske lastnosti in dimenzijsko stabilnost ter so manj nagnjeni k deformacijam in poškodbam. Zaradi tega imajo kompoziti iz aktivnih ogljikovih vlaken široke možnosti uporabe pri visokotemperaturnih aplikacijah, kot so deli avtomobilskih motorjev in deli vročih delov letalskih motorjev.
Kar zadeva zmogljivost obdelave, imajo vlakna z aktivnim ogljem povečano površinsko aktivnost in boljšo združljivost z materialom matrice. To olajša infiltracijo matričnega materiala in utrjevanje na površini ogljikovih vlaken med pripravo kompozitnega materiala, s čimer se izboljša učinkovitost obdelave in kakovost izdelka. Hkrati je izboljšana tudi sposobnost oblikovanja kompozitov iz aktivnih ogljikovih vlaken, kar jim omogoča prilagajanje za različne aplikacije in izpolnjevanje različnih kompleksnih inženirskih zahtev.
Zato je aktivacijsko zdravljenjeogljikovih vlakenje ključni člen pri pripravi visokozmogljivih kompozitov iz ogljikovih vlaken. Z aktivacijsko obdelavo je mogoče izboljšati površinsko strukturo ogljikovih vlaken, da se poveča površinska hrapavost, uvedejo aktivne funkcionalne skupine in izboljša površinska energija, da se izboljša medfazna vezna trdnost med ogljikovimi vlakni in matričnim materialom ter postavi temelj za pripravo kompozitov iz ogljikovih vlaken z odličnimi mehanskimi lastnostmi, odpornostjo proti koroziji, toplotno stabilnostjo in zmogljivostjo obdelave. Z nenehnim napredkom znanosti in tehnologije se verjame, da se bo tehnologija aktivacije ogljikovih vlaken še naprej inovirala in razvijala, kar bo zagotovilo močnejšo podporo široki uporabi kompozitov iz ogljikovih vlaken.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (tudi WhatsApp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Naslov: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Šanghaj
Čas objave: sep-04-2024