Trong thời đại công nghệ phát triển nhanh chóng ngày nay, vật liệu tổng hợp sợi carbon đang tạo dựng được tên tuổi trong nhiều lĩnh vực nhờ hiệu suất vượt trội. Từ các ứng dụng cao cấp trong ngành hàng không vũ trụ đến nhu cầu hàng ngày về đồ thể thao, vật liệu tổng hợp sợi carbon đã cho thấy tiềm năng to lớn. Tuy nhiên, để chuẩn bị vật liệu tổng hợp sợi carbon hiệu suất cao, việc xử lý kích hoạtsợi carbonlà một bước quan trọng.
Hình ảnh kính hiển vi điện tử bề mặt sợi carbon
Sợi carbon, vật liệu sợi hiệu suất cao, có nhiều đặc tính hấp dẫn. Nó chủ yếu bao gồm carbon và có cấu trúc sợi 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 trong quá trình chuẩn bị sợi carbon, quá trình cacbon hóa ở nhiệt độ cao và các phương pháp xử lý khác làm cho bề mặt sợi carbon có trạng thái trơ hơn. Đặc tính bề mặt này mang đến một loạt thách thức cho việc chế tạo vật liệu tổng hợp sợi carbon.
Bề mặt nhẵn làm cho liên kết giữa sợi carbon và vật liệu nền yếu đi. Trong quá trình điều chế vật liệu tổng hợp, vật liệu nền khó hình thành liên kết bền trên bề mặt vật liệu.sợi carbon, ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của vật liệu composite. Thứ hai, việc thiếu các nhóm chức năng hoạt động sẽ hạn chế phản ứng hóa học giữa sợi carbon và vật liệu nền. Điều này làm cho liên kết bề mặt giữa hai bề mặt chủ yếu dựa vào các tác động vật lý, chẳng hạn như nhúng cơ học, v.v., thường không đủ ổn định và dễ bị tách ra khi chịu tác dụng của ngoại lực.
Sơ đồ gia cố xen kẽ của vải sợi cacbon bằng ống nano cacbon
Để giải quyết những vấn đề này, việc xử lý kích hoạt sợi carbon trở nên cần thiết. Đã kích hoạtsợi carboncho thấy những thay đổi đáng kể về nhiều mặt.
Xử lý kích hoạt làm tăng độ nhám bề mặt của sợi carbon. Thông qua quá trình oxy hóa hóa học, xử lý bằng plasma và các phương pháp khác, các vết rỗ và rãnh nhỏ có thể được khắc vào bề mặt sợi carbon, khiến bề mặt trở nên nhám. Bề mặt gồ ghề này làm tăng diện tích tiếp xúc giữa sợi carbon và vật liệu nền, giúp cải thiện liên kết cơ học giữa hai vật liệu. Khi vật liệu ma trận được liên kết với sợi carbon, nó có khả năng bám chặt vào các cấu trúc thô này tốt hơn, tạo thành liên kết bền hơn.
Việc xử lý kích hoạt có thể tạo ra nhiều nhóm chức phản ứng trên bề mặt sợi carbon. Các nhóm chức này có thể phản ứng hóa học với các nhóm chức tương ứng trong vật liệu nền để hình thành liên kết hóa học. Ví dụ, xử lý oxy hóa có thể đưa các nhóm hydroxyl, nhóm cacboxyl và các nhóm chức năng khác lên bề mặt sợi carbon, những nhóm này có thể phản ứng vớiepoxycác nhóm trong nền nhựa và cứ thế hình thành liên kết cộng hóa trị. Độ bền của liên kết hóa học này cao hơn nhiều so với liên kết vật lý, giúp cải thiện đáng kể độ bền liên kết giữa sợi carbon và vật liệu ma trận.
Năng lượng bề mặt của sợi than hoạt tính cũng tăng lên đáng kể. Sự gia tăng năng lượng bề mặt giúp sợi carbon dễ dàng bị ướt bởi vật liệu nền, do đó tạo điều kiện cho sự lan rộng và thâm nhập của vật liệu nền trên bề mặt sợi carbon. Trong quá trình chuẩn bị vật liệu tổng hợp, vật liệu ma trận có thể được phân bổ đều hơn xung quanh các sợi carbon để tạo thành 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 than hoạt tính có nhiều ưu điểm cho việc chế tạo vật liệu tổng hợp sợi carbon.
Về tính chất cơ học, cường độ liên kết giữa các bề mặt được kích hoạtsợi carbonvà vật liệu ma trận được cải thiện đáng kể, cho phép vật liệu tổng hợp truyền ứng suất tốt hơn khi chịu tác dụng của ngoại lực. Điều này có nghĩa là các tính chất cơ học của vật liệu tổng hợp như độ bền và mô đun được cải thiện đáng kể. Ví dụ, trong lĩnh vực hàng không vũ trụ đòi hỏi tính chất cơ học cực cao, các bộ phận máy bay được chế tạo bằng vật liệu tổng hợp sợi carbon hoạt tính có thể chịu được tải trọng chuyến bay lớn hơn và cải thiện độ an toàn và độ tin cậy của máy bay. Trong lĩnh vực đồ thể thao, chẳng hạn như khung xe đạp, gậy đánh gôn, v.v., vật liệu tổng hợp sợi carbon hoạt tính có thể mang lại sức mạnh và độ cứng tốt hơn, đồng thời giảm trọng lượng và cải thiện trải nghiệm của vận động viên.
Về khả năng chống ăn mòn, do sự xuất hiện của các nhóm chức phản ứng trên bề mặt sợi than hoạt tính, các nhóm chức năng này có thể hình thành liên kết hóa học ổn định hơn với vật liệu nền, do đó cải thiện khả năng chống ăn mòn của vật liệu tổng hợp. Trong một số điều kiện môi trường khắc nghiệt như môi trường biển, công nghiệp hóa chất, v.v., chất kích hoạtvật liệu tổng hợp sợi carboncó thể chống lại sự ăn mòn của môi trường ăn mòn tốt hơn và kéo dài tuổi thọ. Điều này có ý nghĩa rất lớn đối với một số thiết bị và kết cấu được sử dụng trong môi trường khắc nghiệt trong thời gian dài.
Về độ ổn định nhiệt, liên kết bề mặt tốt giữa sợi than hoạt tính và vật liệu ma trận có thể cải thiện độ ổn định nhiệt của vật liệu tổng hợp. Trong môi trường nhiệt độ cao, vật liệu tổng hợp có thể duy trì các tính chất cơ học và độ ổn định kích thước tốt hơn, đồng thời ít bị biến dạng và hư hỏng hơn. Điều này làm cho vật liệu tổng hợp sợi than hoạt tính có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng nhiệt độ cao, chẳng hạn như các bộ phận động cơ ô tô và các bộ phận đầu nóng của động cơ hàng không.
Về hiệu suất xử lý, sợi than hoạt tính có hoạt tính bề mặt tăng lên và khả năng tương thích tốt hơn với vật liệu nền. Điều này giúp vật liệu ma trận dễ dàng xâm nhập và xử lý trên bề mặt sợi carbon trong quá trình chuẩn bị vật liệu composite, từ 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 hoạt tính cũng được nâng cao, cho phép chúng được tùy chỉnh cho các ứng dụng khác nhau và đáp ứng nhiều yêu cầu kỹ thuật phức tạp.
Vì vậy, việc điều trị kích hoạtsợi carbonlà mắt xích quan trọng trong việc chế tạo vật liệu tổng hợp sợi carbon hiệu suất cao. Thông qua 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, nhằm cải thiện độ bền liên kết bề mặt giữa sợi carbon và vật liệu ma trận, đồng thời đặt nền móng để chế tạo vật liệu tổng hợp sợi carbon có tính chất cơ học tuyệt vời, khả năng chống ăn mòn, ổn định nhiệt và hiệu suất xử lý. Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học và công nghệ, người ta tin rằng công nghệ kích hoạt sợi carbon sẽ tiếp tục đổi mới và phát triển, hỗ trợ mạnh mẽ hơn cho việc ứng dụng rộng rãi vật liệu tổng hợp sợi carbon.
Công ty TNHH Công nghệ Vật liệu Mới Orisen Thượng Hải
M: +86 18683776368 (cũng là whatsapp)
ĐT:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Địa chỉ: SỐ 398 Đường xanh mới Thị trấn Xinbang Quận Songjiang, Thượng Hải
Thời gian đăng: Sep-04-2024