У сучасну епоху швидкого технологічного прогресу композити з вуглецевого волокна роблять собі ім’я в багатьох сферах завдяки своїм чудовим характеристикам. Композитні матеріали з вуглецевого волокна продемонстрували великий потенціал, починаючи від високоякісних застосувань в аерокосмічній галузі до щоденних потреб у спортивних товарах. Однак для виготовлення високоефективних композитів з вуглецевого волокна необхідна активаційна обробкавуглецеві волокнає вирішальним кроком.
Електронний мікроскоп зображення поверхні вуглецевого волокна
Вуглецеве волокно, високоефективний волокнистий матеріал, має багато переконливих властивостей. Він в основному складається з вуглецю і має подовжену ниткоподібну структуру. З точки зору структури поверхні, поверхня вуглецевого волокна відносно гладка і має менше активних функціональних груп. Це пов’язано з тим, що під час підготовки вуглецевих волокон високотемпературна карбонізація та інші види обробки роблять поверхню вуглецевих волокон більш інертним. Ця властивість поверхні створює ряд проблем для виготовлення композитів з вуглецевого волокна.
Гладка поверхня робить зв'язок між вуглецевим волокном і матеріалом матриці слабким. При виготовленні композитів матричному матеріалу важко утворити міцний зв’язок на поверхнівуглецеве волокно, що впливає на загальні характеристики композиційного матеріалу. По-друге, відсутність активних функціональних груп обмежує хімічну реакцію між вуглецевими волокнами та матеріалами матриці. Через це міжфазний зв’язок між ними в основному залежить від фізичних ефектів, таких як механічне вбудовування тощо, які часто є недостатньо стабільними та схильні до роз’єднання під впливом зовнішніх сил.
Принципова схема міжшарового армування вуглецевого полотна вуглецевими нанотрубками
Щоб вирішити ці проблеми, необхідна активаційна обробка вуглецевих волокон. активовановуглецеві волокнапоказують значні зміни в кількох аспектах.
Активаційна обробка збільшує шорсткість поверхні вуглецевих волокон. Завдяки хімічному окисленню, плазмовій обробці та іншим методам на поверхні вуглецевих волокон можна витравлювати крихітні ямки та канавки, що робить поверхню шорсткою. Ця шорстка поверхня збільшує площу контакту між вуглецевим волокном і матеріалом підкладки, що покращує механічний зв’язок між ними. Коли матеріал матриці з’єднується з вуглецевим волокном, він краще вбудовується в ці грубі структури, утворюючи міцніший зв’язок.
Активаційна обробка може створити велику кількість реакційноздатних функціональних груп на поверхні вуглецевого волокна. Ці функціональні групи можуть хімічно реагувати з відповідними функціональними групами в матеріалі матриці з утворенням хімічних зв’язків. Наприклад, окислювальна обробка може ввести гідроксильні групи, карбоксильні групи та інші функціональні групи на поверхні вуглецевих волокон, які можуть реагувати зепоксидна смолагрупи в матриці смоли і так далі для утворення ковалентних зв'язків. Міцність цього хімічного зв’язку набагато вища, ніж міцність фізичного зв’язку, що значно покращує міцність міжфазного зв’язку між вуглецевим волокном і матеріалом матриці.
Поверхнева енергія активованого вугільного волокна також значно збільшується. Збільшення поверхневої енергії полегшує змочування вуглецевого волокна матеріалом матриці, таким чином полегшуючи поширення та проникнення матеріалу матриці на поверхню вуглецевого волокна. У процесі приготування композитів матричний матеріал можна більш рівномірно розподілити навколо вуглецевих волокон для формування більш щільної структури. Це не тільки покращує механічні властивості композитного матеріалу, але й покращує його інші властивості, такі як стійкість до корозії та термічна стабільність.
Волокна з активованого вугілля мають численні переваги для виготовлення композитів з вуглецевого волокна.
З точки зору механічних властивостей, міцність міжфазного зв'язку між активованимивуглецеві волокнаі матеріал матриці значно вдосконалено, що дозволяє композитам краще переносити напруги під впливом зовнішніх сил. Це означає, що механічні властивості композитів, такі як міцність і модуль, значно покращуються. Наприклад, в аерокосмічній галузі, де потрібні надзвичайно високі механічні властивості, деталі літаків, виготовлені з композитів з активованого вуглецевого волокна, здатні витримувати більші навантаження в польоті та підвищувати безпеку та надійність літака. У сфері спортивних товарів, таких як рами велосипедів, ключки для гольфу тощо, композити з активованого вуглецевого волокна можуть забезпечити кращу міцність і жорсткість, одночасно зменшуючи вагу та покращуючи досвід спортсменів.
З точки зору стійкості до корозії, завдяки введенню реакційноздатних функціональних груп на поверхні волокон активованого вугілля ці функціональні групи можуть утворювати більш стабільні хімічні зв’язки з матеріалом матриці, таким чином покращуючи корозійну стійкість композитів. У деяких суворих умовах навколишнього середовища, таких як морське середовище, хімічна промисловість тощо, активуєтьсякомпозити з вуглецевого волокнаможе краще протистояти ерозії корозійних середовищ і продовжити термін служби. Це має велике значення для деякого обладнання та конструкцій, які тривалий час використовуються в суворих умовах.
З точки зору термічної стабільності, хороше міжфазне з’єднання між волокном активованого вугілля та матеріалом матриці може покращити термічну стабільність композитів. У високотемпературному середовищі композити можуть зберігати кращі механічні властивості та стабільність розмірів і менш схильні до деформації та пошкодження. Завдяки цьому композити з активованого вуглецевого волокна мають широкі перспективи застосування у високотемпературних системах, таких як деталі автомобільних двигунів і гарячі частини авіаційних двигунів.
З точки зору продуктивності обробки, волокна активованого вугілля мають підвищену поверхневу активність і кращу сумісність з матеріалом матриці. Це полегшує просочування та затвердіння матеріалу матриці на поверхні вуглецевого волокна під час підготовки композитного матеріалу, таким чином покращуючи ефективність обробки та якість продукції. У той же час розширені можливості проектування композитів з активованого вуглецевого волокна, що дозволяє налаштовувати їх для різних застосувань і відповідати різноманітним складним інженерним вимогам.
Тому активаційне лікуваннявуглецеві волокнає ключовою ланкою у виготовленні високоефективних композитів з вуглецевого волокна. Завдяки активаційній обробці поверхнева структура вуглецевого волокна може бути покращена, щоб збільшити шорсткість поверхні, ввести активні функціональні групи та покращити поверхневу енергію, щоб покращити міцність міжфазного зв’язку між вуглецевим волокном та матеріалом матриці та закласти основу для виготовлення композитів з вуглецевого волокна з чудовими механічними властивостями, стійкістю до корозії, термостабільністю та ефективністю обробки. Враховуючи безперервний прогрес науки і техніки, вважається, що технологія активації вуглецевого волокна продовжить інновації та розвиток, забезпечуючи сильнішу підтримку для широкого застосування композитів з вуглецевого волокна.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (також WhatsApp)
Т:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Адреса: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Час публікації: 04 вересня 2024 р