Në epokën e sotme të avancimit të shpejtë teknologjik, përbërjet e fibrave të karbonit po bëjnë emër në një gamë të gjerë fushash për shkak të performancës së tyre superiore. Nga aplikimet e nivelit të lartë në hapësirën ajrore deri te nevojat e përditshme të mallrave sportive, përbërjet e fibrave të karbonit kanë treguar potencial të madh. Megjithatë, për të përgatitur kompozita me fibër karboni me performancë të lartë, trajtimi i aktivizimit tëfibrave të karbonitështë një hap vendimtar.
Foto e mikroskopit elektronik sipërfaqësor me fibër karboni
Fibra karboni, një material fibër me performancë të lartë, ka shumë veti bindëse. Ai përbëhet kryesisht nga karboni dhe ka një strukturë filamentare të zgjatur. Nga pikëpamja e strukturës sipërfaqësore, sipërfaqja e fibrës së karbonit është relativisht e lëmuar dhe ka më pak grupe funksionale aktive. Kjo për faktin se gjatë përgatitjes së fibrave të karbonit, karbonizimi në temperaturë të lartë dhe trajtime të tjera bëjnë që sipërfaqja e fibrave të karbonit të paraqesë një gjendje më inerte. Kjo veti sipërfaqësore sjell një sërë sfidash në përgatitjen e përbërjeve të fibrave të karbonit.
Sipërfaqja e lëmuar e bën lidhjen midis fibrës së karbonit dhe materialit të matricës të dobët. Në përgatitjen e kompoziteve, është e vështirë që materiali i matricës të krijojë një lidhje të fortë në sipërfaqen efibër karboni, e cila ndikon në performancën e përgjithshme të materialit të përbërë. Së dyti, mungesa e grupeve funksionale aktive kufizon reaksionin kimik midis fibrave të karbonit dhe materialeve të matricës. Kjo bën që lidhja ndërfaqesore mes të dyjave të mbështetet kryesisht në efektet fizike, si p.sh. ngulitje mekanike, etj., e cila shpesh nuk është mjaft e qëndrueshme dhe është e prirur ndaj ndarjes kur i nënshtrohet forcave të jashtme.
Diagrami skematik i përforcimit ndërshtresor të leckës me fibër karboni me nanotuba karboni
Për të zgjidhur këto probleme, bëhet i nevojshëm trajtimi aktivizues i fibrave të karbonit. Aktivizohetfibrave të karbonittregojnë ndryshime të rëndësishme në disa aspekte.
Trajtimi me aktivizim rrit vrazhdësinë e sipërfaqes së fibrave të karbonit. Nëpërmjet oksidimit kimik, trajtimit të plazmës dhe metodave të tjera, gropa dhe gropa të vogla mund të gërmohen në sipërfaqen e fibrave të karbonit, duke e bërë sipërfaqen të përafërt. Kjo sipërfaqe e ashpër rrit zonën e kontaktit midis fibrës së karbonit dhe materialit të nënshtresës, gjë që përmirëson lidhjen mekanike midis të dyjave. Kur materiali i matricës është i lidhur me fibrën e karbonit, është më mirë në gjendje të futet në këto struktura të përafërta, duke formuar një lidhje më të fortë.
Trajtimi i aktivizimit mund të prezantojë një bollëk grupesh funksionale reaktive në sipërfaqen e fibrës së karbonit. Këto grupe funksionale mund të reagojnë kimikisht me grupet funksionale përkatëse në materialin e matricës për të formuar lidhje kimike. Për shembull, trajtimi me oksidim mund të prezantojë grupe hidroksil, grupe karboksil dhe grupe të tjera funksionale në sipërfaqen e fibrave të karbonit, të cilat mund të reagojnë meepoksigrupe në matricën e rrëshirës dhe kështu me radhë për të formuar lidhje kovalente. Forca e kësaj lidhjeje kimike është shumë më e lartë se ajo e lidhjes fizike, e cila përmirëson shumë forcën e lidhjes ndërfaqesore midis fibrës së karbonit dhe materialit të matricës.
Energjia sipërfaqësore e fibrës së karbonit të aktivizuar gjithashtu rritet ndjeshëm. Rritja e energjisë sipërfaqësore e bën më të lehtë që fibra e karbonit të laget nga materiali i matricës, duke lehtësuar kështu përhapjen dhe depërtimin e materialit të matricës në sipërfaqen e fibrës së karbonit. Në procesin e përgatitjes së kompoziteve, materiali i matricës mund të shpërndahet në mënyrë më të barabartë rreth fibrave të karbonit për të formuar një strukturë më të dendur. Kjo jo vetëm që përmirëson vetitë mekanike të materialit të përbërë, por gjithashtu përmirëson vetitë e tjera të tij, si rezistenca ndaj korrozionit dhe stabiliteti termik.
Fibrat e karbonit të aktivizuar kanë përparësi të shumta për përgatitjen e përbërjeve të fibrave të karbonit.
Për sa i përket vetive mekanike, forca ndërfaqesore e lidhjes ndërmjet aktivizuarfibrave të karbonitdhe materiali i matricës është përmirësuar shumë, gjë që u mundëson kompozitave të transferojnë më mirë streset kur i nënshtrohen forcave të jashtme. Kjo do të thotë se vetitë mekanike të përbërjeve si forca dhe moduli janë përmirësuar ndjeshëm. Për shembull, në fushën e hapësirës ajrore, e cila kërkon veti jashtëzakonisht të larta mekanike, pjesët e avionit të bëra me përbërje të fibrave të karbonit të aktivizuar janë në gjendje të përballojnë ngarkesa më të mëdha fluturimi dhe të përmirësojnë sigurinë dhe besueshmërinë e avionit. Në fushën e mallrave sportive, të tilla si korniza për biçikleta, shkopinj golfi, etj., përbërjet me fibër karboni të aktivizuar mund të ofrojnë forcë dhe ngurtësi më të mirë, duke ulur peshën dhe duke përmirësuar përvojën e atletëve.
Për sa i përket rezistencës ndaj korrozionit, për shkak të futjes së grupeve funksionale reaktive në sipërfaqen e fibrave të karbonit të aktivizuar, këto grupe funksionale mund të krijojnë lidhje kimike më të qëndrueshme me materialin e matricës, duke përmirësuar kështu rezistencën ndaj korrozionit të kompoziteve. Në disa kushte të vështira mjedisore, si mjedisi detar, industria kimike, etj., aktivizohetkompozitat e fibrave të karbonitmund t'i rezistojë më mirë erozionit të mediave gërryese dhe të zgjasë jetën e shërbimit. Kjo ka një rëndësi të madhe për disa pajisje dhe struktura që përdoren në mjedise të vështira për një kohë të gjatë.
Për sa i përket stabilitetit termik, lidhja e mirë ndërfaqesore midis fibrës së karbonit të aktivizuar dhe materialit të matricës mund të përmirësojë stabilitetin termik të përbërjeve. Nën mjedisin me temperaturë të lartë, përbërjet mund të ruajnë veti më të mira mekanike dhe stabilitet dimensionale, dhe janë më pak të prirur ndaj deformimeve dhe dëmtimeve. Kjo bën që kompozitat e fibrave të karbonit të aktivizuar të kenë perspektiva të gjera aplikimi në aplikime me temperaturë të lartë, siç janë pjesët e motorit të automobilave dhe pjesët e nxehta të motorit të aviacionit.
Për sa i përket performancës së përpunimit, fibrat e karbonit të aktivizuar kanë rritur aktivitetin sipërfaqësor dhe përputhshmëri më të mirë me materialin e matricës. Kjo e bën më të lehtë për materialin e matricës depërtimin dhe kurimin në sipërfaqen e fibrës së karbonit gjatë përgatitjes së materialit të përbërë, duke përmirësuar kështu efikasitetin e përpunimit dhe cilësinë e produktit. Në të njëjtën kohë, dizajnueshmëria e përbërjeve të fibrave të karbonit të aktivizuar është përmirësuar gjithashtu, duke i lejuar ato të personalizohen për aplikacione të ndryshme dhe të plotësojnë një sërë kërkesash komplekse inxhinierike.
Prandaj, trajtimi aktivizues ifibrave të karbonitështë një lidhje kyçe në përgatitjen e kompoziteve të fibrave të karbonit me performancë të lartë. Përmes trajtimit të aktivizimit, struktura sipërfaqësore e fibrës së karbonit mund të përmirësohet për të rritur vrazhdësinë e sipërfaqes, për të futur grupe funksionale aktive dhe për të përmirësuar energjinë sipërfaqësore, në mënyrë që të përmirësohet forca e lidhjes ndërfaqesore midis fibrës së karbonit dhe materialit të matricës dhe të vendoset themeli për përgatitjen e përbërjeve të fibrave të karbonit me veti të shkëlqyera mekanike, rezistencë ndaj korrozionit, stabilitet termik dhe performancë përpunuese. Me përparimin e vazhdueshëm të shkencës dhe teknologjisë, besohet se teknologjia e aktivizimit të fibrave të karbonit do të vazhdojë të inovojë dhe zhvillohet, duke ofruar mbështetje më të fortë për aplikimin e gjerë të përbërjeve të fibrave të karbonit.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (gjithashtu whatsapp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresa: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shangai
Koha e postimit: Shtator-04-2024