เหตุใดจึงเปิดใช้งานเส้นใยคาร์บอนเพื่อเตรียมคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์

ในยุคที่ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอย่างรวดเร็วในปัจจุบัน คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์กำลังสร้างชื่อให้กับตัวเองในหลากหลายสาขาเนื่องจากประสิทธิภาพที่เหนือกว่า จากการใช้งานระดับไฮเอนด์ในการบินและอวกาศไปจนถึงความต้องการในชีวิตประจำวันของสินค้ากีฬา คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ได้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่ยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตาม เพื่อเตรียมคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ประสิทธิภาพสูง การเปิดใช้งานการรักษาเส้นใยคาร์บอนเป็นขั้นตอนสำคัญ

 ภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบพื้นผิวคาร์บอนไฟเบอร์

คาร์บอนไฟเบอร์ซึ่งเป็นวัสดุไฟเบอร์ประสิทธิภาพสูง มีคุณสมบัติที่น่าสนใจหลายประการ ประกอบด้วยคาร์บอนเป็นส่วนใหญ่และมีโครงสร้างเส้นใยยาว จากมุมมองของโครงสร้างพื้นผิว พื้นผิวของคาร์บอนไฟเบอร์ค่อนข้างเรียบและมีกลุ่มฟังก์ชันที่ใช้งานน้อยกว่า เนื่องจากในระหว่างการเตรียมเส้นใยคาร์บอน การทำให้เป็นคาร์บอนที่อุณหภูมิสูง และการบำบัดอื่นๆ ทำให้พื้นผิวของเส้นใยคาร์บอนมีสถานะเฉื่อยมากขึ้น คุณสมบัติพื้นผิวนี้นำมาซึ่งความท้าทายหลายประการในการเตรียมคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์

พื้นผิวเรียบทำให้พันธะระหว่างคาร์บอนไฟเบอร์และวัสดุเมทริกซ์อ่อนแอ ในการเตรียมคอมโพสิต เป็นเรื่องยากสำหรับวัสดุเมทริกซ์ที่จะสร้างพันธะที่แข็งแกร่งบนพื้นผิวของคาร์บอนไฟเบอร์ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพโดยรวมของวัสดุคอมโพสิต ประการที่สอง การขาดกลุ่มฟังก์ชันที่ใช้งานอยู่จะจำกัดปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างเส้นใยคาร์บอนและวัสดุเมทริกซ์ สิ่งนี้ทำให้การยึดเหนี่ยวระหว่างพื้นผิวระหว่างทั้งสองขึ้นอยู่กับผลกระทบทางกายภาพเป็นหลัก เช่น การฝังเชิงกล ฯลฯ ซึ่งมักจะไม่เสถียรเพียงพอ และมีแนวโน้มที่จะแยกจากกันเมื่อถูกแรงภายนอก

แผนผังของการเสริมแรงระหว่างชั้นของผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ด้วยท่อนาโนคาร์บอน

เพื่อที่จะแก้ไขปัญหาเหล่านี้ จำเป็นต้องมีการกระตุ้นการทำงานของเส้นใยคาร์บอน เปิดใช้งานแล้วเส้นใยคาร์บอนแสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญหลายประการ

การเปิดใช้งานจะเพิ่มความหยาบผิวของคาร์บอนไฟเบอร์ ด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชันทางเคมี การบำบัดด้วยพลาสมา และวิธีอื่นๆ หลุมและร่องเล็กๆ สามารถถูกสลักลงในพื้นผิวของเส้นใยคาร์บอนได้ ซึ่งทำให้พื้นผิวขรุขระ พื้นผิวที่ขรุขระนี้จะเพิ่มพื้นที่สัมผัสระหว่างคาร์บอนไฟเบอร์และวัสดุซับสเตรต ซึ่งช่วยปรับปรุงพันธะทางกลระหว่างทั้งสอง เมื่อวัสดุเมทริกซ์ถูกเชื่อมติดกับคาร์บอนไฟเบอร์ มันจะสามารถฝังตัวเองลงในโครงสร้างที่หยาบเหล่านี้ได้ดีขึ้น ทำให้เกิดพันธะที่แข็งแกร่งขึ้น

การบำบัดด้วยการกระตุ้นสามารถแนะนำกลุ่มฟังก์ชันที่มีปฏิกิริยามากมายบนพื้นผิวของคาร์บอนไฟเบอร์ หมู่ฟังก์ชันเหล่านี้สามารถทำปฏิกิริยาทางเคมีกับหมู่ฟังก์ชันที่สอดคล้องกันในวัสดุเมทริกซ์เพื่อสร้างพันธะเคมี ตัวอย่างเช่น การบำบัดด้วยออกซิเดชันสามารถแนะนำหมู่ไฮดรอกซิล หมู่คาร์บอกซิล และหมู่ฟังก์ชันอื่นๆ บนพื้นผิวของเส้นใยคาร์บอน ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยากับอีพ็อกซี่กลุ่มในเมทริกซ์เรซินและอื่นๆ เพื่อสร้างพันธะโควาเลนต์ ความแข็งแรงของพันธะเคมีนี้สูงกว่าพันธะทางกายภาพมาก ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแรงพันธะระหว่างพื้นผิวระหว่างคาร์บอนไฟเบอร์และวัสดุเมทริกซ์ได้อย่างมาก

พลังงานพื้นผิวของเส้นใยคาร์บอนกัมมันต์ก็เพิ่มขึ้นอย่างมากเช่นกัน พลังงานพื้นผิวที่เพิ่มขึ้นทำให้คาร์บอนไฟเบอร์ถูกวัสดุเมทริกซ์เปียกได้ง่ายขึ้น ซึ่งช่วยอำนวยความสะดวกในการแพร่กระจายและการแทรกซึมของวัสดุเมทริกซ์บนพื้นผิวของคาร์บอนไฟเบอร์ ในกระบวนการเตรียมวัสดุผสม วัสดุเมทริกซ์สามารถกระจายทั่วเส้นใยคาร์บอนได้อย่างเท่าเทียมกันมากขึ้น เพื่อสร้างโครงสร้างที่มีความหนาแน่นมากขึ้น ซึ่งไม่เพียงปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของวัสดุคอมโพสิตเท่านั้น แต่ยังปรับปรุงคุณสมบัติอื่นๆ ของวัสดุด้วย เช่น ความต้านทานการกัดกร่อน และเสถียรภาพทางความร้อน

เส้นใยคาร์บอนกัมมันต์มีข้อดีหลายประการในการเตรียมคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์

ในแง่ของคุณสมบัติทางกล ความแข็งแรงในการยึดเกาะระหว่างผิวที่ถูกกระตุ้นเส้นใยคาร์บอนและวัสดุเมทริกซ์ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก ซึ่งช่วยให้วัสดุคอมโพสิตสามารถถ่ายโอนความเค้นได้ดีขึ้นเมื่ออยู่ภายใต้แรงภายนอก ซึ่งหมายความว่าคุณสมบัติทางกลของคอมโพสิต เช่น ความแข็งแรงและโมดูลัสได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่น ในสาขาการบินและอวกาศซึ่งต้องการคุณสมบัติทางกลที่สูงมาก ชิ้นส่วนเครื่องบินที่ทำด้วยคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์สามารถทนต่อภาระการบินที่มากขึ้น และปรับปรุงความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของเครื่องบิน ในด้านสินค้ากีฬา เช่น เฟรมจักรยาน ไม้กอล์ฟ ฯลฯ คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์สามารถให้ความแข็งแรงและความแข็งที่ดีขึ้น ในขณะที่ช่วยลดน้ำหนักและปรับปรุงประสบการณ์ของนักกีฬา

ในแง่ของความต้านทานการกัดกร่อน เนื่องจากการเริ่มใช้กลุ่มฟังก์ชันที่เกิดปฏิกิริยาบนพื้นผิวของเส้นใยถ่านกัมมันต์ กลุ่มฟังก์ชันเหล่านี้สามารถสร้างพันธะเคมีที่มีความเสถียรมากขึ้นกับวัสดุเมทริกซ์ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของคอมโพสิต ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น สภาพแวดล้อมทางทะเล อุตสาหกรรมเคมี ฯลฯ จะถูกกระตุ้นคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์สามารถต้านทานการกัดกร่อนของสื่อที่มีฤทธิ์กัดกร่อนได้ดีขึ้นและยืดอายุการใช้งาน นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์และโครงสร้างบางอย่างที่ใช้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงมาเป็นเวลานาน

ในแง่ของเสถียรภาพทางความร้อน การเชื่อมประสานที่ดีระหว่างเส้นใยคาร์บอนกัมมันต์และวัสดุเมทริกซ์สามารถปรับปรุงเสถียรภาพทางความร้อนของคอมโพสิตได้ ภายใต้สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง คอมโพสิตสามารถรักษาคุณสมบัติทางกลที่ดีขึ้นและความเสถียรของขนาด และมีแนวโน้มที่จะเกิดการเสียรูปและความเสียหายน้อยลง สิ่งนี้ทำให้คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์มีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวางในการใช้งานที่อุณหภูมิสูง เช่น ชิ้นส่วนเครื่องยนต์ยานยนต์ และชิ้นส่วนปลายร้อนของเครื่องยนต์การบิน

ในแง่ของประสิทธิภาพการประมวลผล เส้นใยคาร์บอนกัมมันต์ได้เพิ่มกิจกรรมพื้นผิวและเข้ากันได้ดีกับวัสดุเมทริกซ์ ช่วยให้วัสดุเมทริกซ์แทรกซึมและแข็งตัวบนพื้นผิวของคาร์บอนไฟเบอร์ได้ง่ายขึ้นในระหว่างการเตรียมวัสดุคอมโพสิต ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการประมวลผลและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ในเวลาเดียวกัน การออกแบบของคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ก็ได้รับการปรับปรุงเช่นกัน ช่วยให้สามารถปรับแต่งสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน และเพื่อตอบสนองความต้องการทางวิศวกรรมที่ซับซ้อนที่หลากหลาย

ดังนั้นการเปิดใช้งานการรักษาของเส้นใยคาร์บอนเป็นส่วนสำคัญในการเตรียมวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ประสิทธิภาพสูง ด้วยการกระตุ้นการเปิดใช้งาน โครงสร้างพื้นผิวของคาร์บอนไฟเบอร์สามารถปรับปรุงได้เพื่อเพิ่มความหยาบของพื้นผิว แนะนำกลุ่มฟังก์ชันที่ใช้งานอยู่ และปรับปรุงพลังงานพื้นผิว เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงพันธะระหว่างพื้นผิวระหว่างคาร์บอนไฟเบอร์และวัสดุเมทริกซ์ และวางรากฐาน สำหรับการเตรียมคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยม ทนต่อการกัดกร่อน ความคงตัวทางความร้อน และประสิทธิภาพการประมวลผล ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เชื่อว่าเทคโนโลยีการกระตุ้นด้วยคาร์บอนไฟเบอร์จะยังคงคิดค้นและพัฒนาต่อไป โดยให้การสนับสนุนที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้นสำหรับการประยุกต์ใช้คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ในวงกว้าง

Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368(รวมถึง whatsapp)
โทร:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
ที่อยู่: NO.398 ถนนสีเขียวใหม่เมือง Xinbang เขตซงเจียงเซี่ยงไฮ้