У сьогоднішню епоху швидкого технологічного прогресу композити з вуглецевих волокон роблять собі назву в широкому діапазоні полів завдяки їх вищому виконанню. Від застосування високого класу в аерокосмічній до щоденних потреб спортивних товарів композити з вуглецевого волокна показали великий потенціал. Однак для приготування високоефективних композитів з вуглецевого волокна, лікування активаціївуглецеві волокнає вирішальним кроком.
Зображення електронного мікроскопа з вуглецевого волокна
Вуглецеве волокно, високоефективне волокно-матеріал, має багато переконливих властивостей. В основному він складається з вуглецю і має подовжену нитки. З точки зору поверхні структури, поверхня вуглецевого волокна є відносно гладкою і має менше активних функціональних груп. Це пов’язано з тим, що під час приготування вуглецевих волокон високотемпературна карбонізація та інші обробки роблять поверхню вуглецевих волокон більш інертного стану. Ця поверхнева властивість приносить низку викликів підготовці композитів з вуглецевого волокна.
Гладка поверхня робить зв’язок між вуглецевим волокном та матричним матеріалом слабким. У підготовці композитів матричного матеріалу важко утворити міцну зв’язок на поверхнівуглецеве волокно, що впливає на загальну продуктивність композитного матеріалу. По -друге, відсутність активних функціональних груп обмежує хімічну реакцію між вуглецевими волокнами та матричними матеріалами. Це робить міжфазний зв’язок між двома в основному покладається на фізичні ефекти, такі як механічне вбудовування тощо, що часто недостатньо стабільно і схильне до поділу, коли піддається зовнішнім силам.
Схематична схема міжшарового арматури тканини з вуглецевого волокна вуглецевими нанотрубками
Для вирішення цих проблем є необхідна активаційна обробка вуглецевих волокон. Активованийвуглецеві волокнапоказати значні зміни в декількох аспектах.
Обробка активації збільшує шорсткість поверхні вуглецевих волокон. Через хімічне окислення плазмову обробку та інші методи крихітні ями та канавки можуть бути протворені на поверхню вуглецевих волокон, що робить поверхню шорсткою. Ця шорстка поверхня збільшує контактну площу між вуглецевим волокном та матеріалом підкладки, що покращує механічну зв'язок між ними. Коли матричний матеріал пов'язаний з вуглецевим волокном, він краще здатний вбудувати себе в ці грубі структури, утворюючи сильнішу зв'язок.
Обробка активації може ввести велику кількість реактивних функціональних груп на поверхні вуглецевого волокна. Ці функціональні групи можуть хімічно реагувати на відповідні функціональні групи в матричному матеріалі з формуванням хімічних зв’язків. Наприклад, окислювальна обробка може вводити гідроксильні групи, карбоксильні групи та інші функціональні групи на поверхні вуглецевих волокон, які можуть реагувати зепоксиднийГрупи в матриці смоли тощо, щоб утворити ковалентні зв’язки. Сила цього хімічного зв’язку значно вища, ніж у фізичному зв'язку, що значно покращує міжфазну міцність на з'єднання між вуглецевим волокном та матричним матеріалом.
Поверхнева енергія активованого вуглецевого волокна також значно збільшується. Збільшення поверхневої енергії полегшує мокру вуглецевого волокна матричним матеріалом, таким чином полегшуючи розкидання та проникнення матричного матеріалу на поверхні вуглецевого волокна. У процесі підготовки композитів матричний матеріал може бути більш рівномірно розподілений навколо вуглецевих волокон, щоб утворити більш щільну структуру. Це не тільки покращує механічні властивості композитного матеріалу, але й покращує його інші властивості, такі як корозійна стійкість та термічна стійкість.
Активовані вуглецеві волокна мають багато переваг для приготування композитів з вуглецевого волокна.
З точки зору механічних властивостей, міжфазна міцність на зв'язок між активованоювуглецеві волокнаі матричний матеріал значно вдосконалюється, що дозволяє композитам краще передати напруги, коли вони піддаються зовнішнім силам. Це означає, що механічні властивості композитів, таких як міцність та модуль, значно покращуються. Наприклад, у поля аерокосмічного простору, яке вимагає надзвичайно високих механічних властивостей, деталі літаків, виготовлені з активованих композитів з вуглецевого волокна, здатні витримати більші навантаження на польоти та підвищити безпеку та надійність літака. У галузі спортивних товарів, таких як велосипедні рами, клуби для гольфу тощо, активовані композити з вуглецевого волокна можуть забезпечити кращу міцність і жорсткість, зменшуючи вагу та покращуючи досвід спортсменів.
З точки зору корозійної стійкості, завдяки впровадженню реактивних функціональних груп на поверхні активованих вуглецевих волокон, ці функціональні групи можуть утворювати більш стабільне хімічне з'єднання з матричним матеріалом, тим самим покращуючи корозійну стійкість композитів. У деяких суворих екологічних умовах, таких як морське середовище, хімічна промисловість тощо, активованокомпозити з вуглецевого волокнаможе краще протистояти ерозії корозійних засобів масової інформації та продовжити термін служби. Це має велике значення для деякого обладнання та конструкцій, які вже тривалий час використовуються в суворих умовах.
З точки зору термічної стійкості, хороше міжфазне з'єднання між активованим вуглецевим волокном та матричним матеріалом може покращити теплову стабільність композитів. У середовищі з високою температурою композити можуть підтримувати кращі механічні властивості та стабільність розмірів і менш схильні до деформації та пошкодження. Це змушує композити активованих вуглецевих волокон мають широкі перспективи застосування у високотемпературних додатках, таких як деталі автомобільного двигуна та деталі гарячого кінця авіаційного двигуна.
Що стосується продуктивності обробки, активовані вуглецеві волокна мають підвищену поверхневу активність та кращу сумісність з матричним матеріалом. Це полегшує інфільтрат і вилікування матричного матеріалу на поверхні вуглецевого волокна під час приготування композитного матеріалу, тим самим покращуючи ефективність обробки та якість продукції. У той же час, конструктивність композитів активованих вуглецевих волокон також посилюється, що дозволяє їх налаштувати для різних застосувань та відповідати різноманітним складним інженерним вимогам.
Тому лікування активаціївуглецеві волокнає ключовим посиланням у підготовці високопродуктивних композитів з вуглецевого волокна. Через обробку активації поверхнева структура вуглецевого волокна може бути покращена для підвищення шорсткості поверхні, введення активних функціональних груп та покращення поверхневої енергії, щоб покращити міжфазну міцність на з'єднання між вуглецевим волокном та матричним матеріалом та закласти основу Для приготування композитів з вуглецевого волокна з відмінними механічними властивостями, корозійною стійкістю, термічною стійкістю та продуктивністю обробки. З постійним прогресом науки та технологій вважається, що технологія активації вуглецевого волокна продовжуватиме інновації та розвиток, забезпечуючи більш сильну підтримку широкого застосування композитів з вуглецевого волокна.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
М: +86 18683776368 (також WhatsApp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Адреса: №398 Нова Зелена дорога Сінбанг Таун Сонцзян, Шанхай
Час посади: вересень-04-2024