Trong kỷ nguyên tiến bộ công nghệ nhanh chóng ngày nay, các vật liệu tổng hợp sợi carbon đang tạo nên tên tuổi cho chính họ trong một loạt các lĩnh vực do hiệu suất vượt trội của chúng. Từ các ứng dụng cao cấp trong hàng không vũ trụ đến nhu cầu hàng ngày của hàng thể thao, vật liệu tổng hợp bằng sợi carbon đã cho thấy tiềm năng lớn. Tuy nhiên, để chuẩn bị các vật liệu tổng hợp sợi carbon hiệu suất cao, điều trị kích hoạtSợi carbonlà một bước quan trọng.
Hình ảnh kính hiển vi điện tử bề mặt sợi carbon
Sợi carbon, một vật liệu sợi hiệu suất cao, có nhiều đặc tính hấp dẫn. Nó chủ yếu bao gồm carbon và có cấu trúc sợi kéo dài. Từ quan điểm của cấu trúc bề mặt, bề mặt của sợi carbon tương đối mịn và có ít nhóm chức năng hoạt động hơn. Điều này là do thực tế là trong quá trình chuẩn bị sợi carbon, cacbon hóa nhiệt độ cao và các phương pháp điều trị khác làm cho bề mặt của sợi carbon thể hiện trạng thái trơ hơn. Thuộc tính bề mặt này mang đến một loạt các thách thức cho việc chuẩn bị vật liệu tổng hợp sợi carbon.
Bề mặt mịn làm cho liên kết giữa sợi carbon và vật liệu ma trận yếu. Trong việc chuẩn bị vật liệu tổng hợp, rất khó để vật liệu ma trận tạo thành một liên kết mạnh trên bề mặt củaSợi carbon, ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của vật liệu composite. Thứ hai, việc thiếu các nhóm chức năng hoạt động hạn chế phản ứng hóa học giữa các sợi carbon và vật liệu ma trận. Điều này làm cho liên kết giao thoa giữa hai người chủ yếu dựa vào các hiệu ứng vật lý, chẳng hạn như nhúng cơ học, v.v., thường không đủ ổn định và dễ bị tách ra khi phải chịu các lực bên ngoài.
Sơ đồ Sơ đồ gia cố lớp vỏ bằng vải bằng sợi carbon bằng ống nano carbon
Để giải quyết những vấn đề này, việc kích hoạt điều trị sợi carbon trở nên cần thiết. Kích hoạtSợi carbonHiển thị những thay đổi đáng kể trong một số khía cạnh.
Điều trị kích hoạt làm tăng độ nhám bề mặt của sợi carbon. Thông qua quá trình oxy hóa hóa học, xử lý huyết tương và các phương pháp khác, các hố và rãnh nhỏ có thể được khắc vào bề mặt của sợi carbon, làm cho bề mặt thô. Bề mặt thô này làm tăng diện tích tiếp xúc giữa sợi carbon và vật liệu cơ chất, giúp cải thiện liên kết cơ học giữa hai. Khi vật liệu ma trận được liên kết với sợi carbon, tốt hơn là có thể tự nhúng vào các cấu trúc thô này, tạo thành một liên kết mạnh hơn.
Việc điều trị kích hoạt có thể giới thiệu sự phong phú của các nhóm chức năng phản ứng trên bề mặt của sợi carbon. Các nhóm chức năng này có thể phản ứng hóa học với các nhóm chức năng tương ứng trong vật liệu ma trận để tạo thành liên kết hóa học. Ví dụ, điều trị oxy hóa có thể giới thiệu các nhóm hydroxyl, nhóm carboxyl và các nhóm chức năng khác trên bề mặt sợi carbon, có thể phản ứng vớiEpoxyCác nhóm trong ma trận nhựa và như vậy để tạo thành liên kết cộng hóa trị. Sức mạnh của liên kết hóa học này cao hơn nhiều so với liên kết vật lý, giúp cải thiện đáng kể cường độ liên kết giữa sợi carbon và vật liệu ma trận.
Năng lượng bề mặt của sợi carbon hoạt hóa cũng tăng đáng kể. Sự gia tăng năng lượng bề mặt giúp sợi carbon dễ dàng được làm ướt bởi vật liệu ma trận, do đó tạo điều kiện cho sự lan truyền và thâm nhập của vật liệu ma trận trên bề mặt của sợi carbon. Trong quá trình chuẩn bị vật liệu tổng hợp, vật liệu ma trận có thể được phân phối đều hơn xung quanh các sợi carbon để tạo thành một cấu trúc dày đặc hơn. Điều này không chỉ cải thiện các tính chất cơ học của vật liệu composite, mà còn cải thiện các tính chất khác của nó, chẳng hạn như khả năng chống ăn mòn và độ ổn định nhiệt.
Sợi carbon hoạt hóa có nhiều ưu điểm để điều chế vật liệu tổng hợp sợi carbon.
Xét về tính chất cơ học, cường độ liên kết giữa cácSợi carbonvà vật liệu ma trận được cải thiện rất nhiều, cho phép các vật liệu tổng hợp chuyển các ứng suất tốt hơn khi chịu các lực bên ngoài. Điều này có nghĩa là các tính chất cơ học của vật liệu tổng hợp như cường độ và mô đun được cải thiện đáng kể. Ví dụ, trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, đòi hỏi các đặc tính cơ học cực cao, các bộ phận máy bay được làm bằng vật liệu tổng hợp sợi carbon được kích hoạt có thể chịu được tải trọng bay lớn hơn và cải thiện độ an toàn và độ tin cậy của máy bay. Trong lĩnh vực hàng thể thao, chẳng hạn như khung xe đạp, câu lạc bộ golf, v.v., vật liệu tổng hợp sợi carbon hoạt hóa có thể cung cấp sức mạnh và độ cứng tốt hơn, đồng thời giảm cân và cải thiện trải nghiệm của vận động viên.
Về khả năng chống ăn mòn, do sự ra đời của các nhóm chức năng phản ứng trên bề mặt của các sợi carbon được kích hoạt, các nhóm chức năng này có thể hình thành liên kết hóa học ổn định hơn với vật liệu ma trận, do đó cải thiện khả năng chống ăn mòn của vật liệu tổng hợp. Trong một số điều kiện môi trường khắc nghiệt, chẳng hạn như môi trường biển, ngành công nghiệp hóa chất, v.v.,vật liệu tổng hợp sợi carbonCó thể chống lại sự xói mòn của phương tiện ăn mòn và mở rộng tuổi thọ dịch vụ. Điều này có ý nghĩa lớn đối với một số thiết bị và cấu trúc được sử dụng trong môi trường khắc nghiệt trong một thời gian dài.
Về độ ổn định nhiệt, liên kết giao thoa tốt giữa sợi carbon và vật liệu ma trận được kích hoạt có thể cải thiện độ ổn định nhiệt của vật liệu tổng hợp. Trong môi trường nhiệt độ cao, các vật liệu tổng hợp có thể duy trì các tính chất cơ học và độ ổn định kích thước tốt hơn, và ít dễ bị biến dạng và thiệt hại hơn. Điều này làm cho các vật liệu tổng hợp sợi carbon được kích hoạt có triển vọng ứng dụng rộng trong các ứng dụng nhiệt độ cao, chẳng hạn như các bộ phận động cơ ô tô và các bộ phận nóng động cơ hàng không.
Về hiệu suất xử lý, các sợi carbon được kích hoạt có hoạt động bề mặt và khả năng tương thích tốt hơn với vật liệu ma trận. Điều này giúp vật liệu ma trận dễ dàng xâm nhập và chữa khỏi bề mặt của sợi carbon trong quá trình chuẩn bị vật liệu composite, do đó cải thiện hiệu quả xử lý và chất lượng sản phẩm. Đồng thời, khả năng thiết kế của vật liệu tổng hợp sợi carbon được kích hoạt cũng được tăng cường, cho phép chúng được tùy chỉnh cho các ứng dụng khác nhau và đáp ứng nhiều yêu cầu kỹ thuật phức tạp.
Do đó, điều trị kích hoạtSợi carbonlà một liên kết chính trong việc chuẩn bị vật liệu tổng hợp sợi carbon hiệu suất cao. Thông qua việc xử lý kích hoạt, cấu trúc bề mặt của sợi carbon có thể được cải thiện để tăng độ nhám bề mặt, giới thiệu các nhóm chức năng hoạt động và cải thiện năng lượng bề mặt, để cải thiện cường độ liên kết liên kết giữa sợi carbon và vật liệu ma trận, và đặt nền tảng cho việc chuẩn bị các vật liệu tổng hợp bằng sợi carbon với tính chất cơ học tuyệt vời. Với sự tiến bộ liên tục của khoa học và công nghệ, người ta tin rằng công nghệ kích hoạt sợi carbon sẽ tiếp tục đổi mới và phát triển, cung cấp hỗ trợ mạnh mẽ hơn cho việc áp dụng rộng rãi các vật liệu tổng hợp sợi carbon.
Công ty TNHH Công nghệ vật liệu mới của Thượng Hải Orisen
M: +86 18683776368 (cũng là WhatsApp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Địa chỉ: No.398 Đường xanh New Xinbang Town Quận Songjiang, Thượng Hải
Thời gian đăng: Tháng 9-04-2024