I dagens era med snabb teknisk utveckling gör kolfiberkompositer ett namn för sig själva i ett brett spektrum av fält på grund av deras överlägsna prestanda. Från avancerade applikationer i flyg- och rymd till de dagliga behoven hos idrottsartiklar har kolfiberkompositer visat stor potential. Men för att framställa högpresterande kolfiberkompositer, aktiveringsbehandling avkolfibrerär ett avgörande steg.
Kolfiberytelektronmikroskopbild
Kolfiber, ett högpresterande fibermaterial, har många övertygande egenskaper. Det består främst av kol och har en långsträckt filamentstruktur. Ur ytstrukturens synvinkel är ytan på kolfiber relativt slät och har färre aktiva funktionella grupper. Detta beror på det faktum att under framställningen av kolfibrer, högtemperaturkarbonisering och andra behandlingar gör att ytan på kolfibrer utgör ett mer inert tillstånd. Denna ytegenskap ger en serie utmaningar till beredningen av kolfiberkompositer.
Den släta ytan gör bindningen mellan kolfiber och matrismaterial svagt. Vid beredning av kompositer är det svårt för matrismaterialet att bilda en stark bindning på ytan påkolfiber, som påverkar den totala prestanda för kompositmaterialet. För det andra begränsar bristen på aktiva funktionella grupper den kemiska reaktionen mellan kolfibrer och matrismaterial. Detta gör att gränsytebindningen mellan de två huvudsakligen förlitar sig på fysiska effekter, såsom mekanisk inbäddning, etc., som ofta inte är tillräckligt stabil och är benägen att separera när den utsätts för yttre krafter.
Schematiskt diagram över interlayerförstärkning av kolfiberduk av kolananorör
För att lösa dessa problem blir aktiveringsbehandling av kolfibrer nödvändig. Aktiveradkolfibrervisa betydande förändringar i flera aspekter.
Aktiveringsbehandling ökar ytråheten hos kolfibrer. Genom kemisk oxidation, plasmabehandling och andra metoder kan små gropar och spår etsas i ytan av kolfibrer, vilket gör ytan grov. Denna grova yta ökar kontaktområdet mellan kolfiber och substratmaterial, vilket förbättrar den mekaniska bindningen mellan de två. När matrismaterialet är bundet till kolfiberen kan det bättre bädda in sig i dessa grova strukturer och bilda en starkare bindning.
Aktiveringsbehandlingen kan införa ett överflöd av reaktiva funktionella grupper på ytan av kolfiber. Dessa funktionella grupper kan reagera kemiskt med motsvarande funktionella grupper i matrismaterialet för att bilda kemiska bindningar. Till exempel kan oxidationsbehandling införa hydroxylgrupper, karboxylgrupper och andra funktionella grupper på ytan av kolfibrer, som kan reagera medepoxiGrupper i hartsmatrisen och så vidare för att bilda kovalenta bindningar. Styrken hos denna kemiska bindning är mycket högre än för fysisk bindning, vilket kraftigt förbättrar den gränsytebindningsstyrkan mellan kolfiber och matrismaterial.
Ytenergin hos den aktiverade kolfibern ökar också avsevärt. Ökningen i ytenergi gör det enklare för kolfiberen att vätas av matrismaterialet, vilket underlättar spridningen och penetrationen av matrismaterialet på ytan av kolfiber. I processen att framställa kompositer kan matrismaterialet fördelas jämnare runt kolfibrerna för att bilda en tätare struktur. Detta förbättrar inte bara de mekaniska egenskaperna hos kompositmaterialet, utan förbättrar också dess andra egenskaper, såsom korrosionsbeständighet och termisk stabilitet.
Aktiva kolfibrer har flera fördelar för framställning av kolfiberkompositer.
När det gäller mekaniska egenskaper, gränssnittsbindningsstyrkan mellan det aktiveradekolfibrerOch matrismaterialet förbättras kraftigt, vilket gör det möjligt för kompositerna att bättre överföra spänningar när de utsätts för yttre krafter. Detta innebär att de mekaniska egenskaperna hos kompositer såsom styrka och modul förbättras avsevärt. Till exempel, inom flyg- och rymdfältet, som kräver extremt höga mekaniska egenskaper, kan flygplansdelar tillverkade med aktiverade kolfiberkompositer tåla större flygbelastningar och förbättra flygplanets säkerhet och tillförlitlighet. Inom idrottsartiklar, såsom cykelramar, golfklubbar, etc., kan aktiverade kolfiberkompositer ge bättre styrka och styvhet, samtidigt som vikten minskar och förbättrar idrottarnas upplevelse.
När det gäller korrosionsbeständighet, på grund av införandet av reaktiva funktionella grupper på ytan av aktiverade kolfibrer, kan dessa funktionella grupper bilda mer stabil kemisk bindning med matrismaterialet, vilket förbättrar kompositernas korrosionsbeständighet. Under vissa hårda miljöförhållanden, såsom den marina miljön, kemiska industrin etc.kolfiberkompositerkan bättre motstå erosionen av frätande media och förlänga livslängden. Detta är av stor betydelse för vissa utrustning och strukturer som används i hårda miljöer under lång tid.
När det gäller termisk stabilitet kan god gränssnittsbindning mellan aktivt kolfiber och matrismaterial förbättra kompositernas termiska stabilitet. Under den höga temperaturmiljön kan kompositerna upprätthålla bättre mekaniska egenskaper och dimensionell stabilitet och är mindre benägna att deformation och skada. Detta gör att de aktiverade kolfiberkompositerna har breda tillämpningsmöjligheter i högtemperaturapplikationer, såsom fordonsmotordelar och luftmotorens heta slutdelar.
När det gäller bearbetningsprestanda har de aktiverade kolfibrerna ökat ytaktiviteten och bättre kompatibilitet med matrismaterialet. Detta gör det enklare för matrismaterialet att infiltrera och bota på ytan av kolfiber under framställningen av kompositmaterialet, vilket förbättrar bearbetningseffektiviteten och produktkvaliteten. Samtidigt förbättras också utformningen av de aktiverade kolfiberkompositerna, vilket gör att de kan anpassas för olika applikationer och för att uppfylla en mängd komplexa tekniska krav.
Därför aktiveringsbehandling avkolfibrerär en nyckellänk i beredningen av högpresterande kolfiberkompositer. Genom aktiveringsbehandlingen kan ytstrukturen för kolfiber förbättras för att öka ytråheten, införa aktiva funktionella grupper och förbättra ytenergin, för att förbättra gränsytebindningsstyrkan mellan kolfiber och matrismaterial och lägga grunden för beredning av kolfiberkompositer med utmärkta mekaniska egenskaper, korrosionsmotstånd, termal stabilitet och bearbetning. Med den kontinuerliga framstegen inom vetenskap och teknik antas det att aktiveringsteknik för kolfiber kommer att fortsätta att förnya och utvecklas, vilket ger starkare stöd för den breda tillämpningen av kolfiberkompositer.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (även WhatsApp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adress: No.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Posttid: Sep-04-2024