لماذا يتم تنشيط ألياف الكربون لإعداد مركبات ألياف الكربون؟

في عصرنا الحالي الذي يشهد تقدمًا تكنولوجيًا سريعًا، تُرسّخ مركبات ألياف الكربون مكانتها في مجموعة واسعة من المجالات بفضل أدائها المتفوق. بدءًا من التطبيقات المتطورة في مجال الطيران ووصولًا إلى الاحتياجات اليومية للسلع الرياضية، أظهرت مركبات ألياف الكربون إمكانات هائلة. ومع ذلك، لإعداد مركبات ألياف كربون عالية الأداء، تتطلب معالجة التنشيط...ألياف الكربونهي خطوة حاسمة.

 صورة مجهر إلكتروني لسطح ألياف الكربون

ألياف الكربون، مادة ألياف عالية الأداء، تتميز بخصائص رائعة. تتكون أساسًا من الكربون، ولها بنية خيطية ممدودة. من حيث بنية السطح، يتميز سطح ألياف الكربون بنعومة نسبية وقلة المجموعات الوظيفية النشطة. ويعود ذلك إلى أن الكربنة عالية الحرارة والمعالجات الأخرى أثناء تحضير ألياف الكربون تجعل سطحها أكثر خمولًا. تُشكل هذه الخاصية السطحية تحديات عديدة في تحضير مركبات ألياف الكربون.

السطح الأملس يُضعف الرابطة بين ألياف الكربون ومادة المصفوفة. عند تحضير المركبات، يصعب على مادة المصفوفة تكوين رابطة قوية على سطحها.ألياف الكربونمما يؤثر على الأداء العام للمادة المركبة. ثانيًا، يحدّ نقص المجموعات الوظيفية النشطة من التفاعل الكيميائي بين ألياف الكربون ومواد المصفوفة. هذا يجعل الترابط السطحي بينهما يعتمد بشكل أساسي على التأثيرات الفيزيائية، مثل التضمين الميكانيكي، وما إلى ذلك، والذي غالبًا ما يكون غير مستقر بما يكفي وعرضة للانفصال عند تعرضه لقوى خارجية.

مخطط تخطيطي لتقوية طبقات قماش ألياف الكربون باستخدام أنابيب الكربون النانوية

ولحل هذه المشاكل، يصبح من الضروري معالجة ألياف الكربون بالتنشيط.ألياف الكربونتظهر تغييرات كبيرة في عدة جوانب.

تزيد معالجة التنشيط من خشونة سطح ألياف الكربون. فمن خلال الأكسدة الكيميائية ومعالجة البلازما وطرق أخرى، يمكن حفر حفر وأخاديد دقيقة في سطح ألياف الكربون، مما يجعل السطح خشنًا. يزيد هذا السطح الخشن من مساحة التلامس بين ألياف الكربون ومادة الركيزة، مما يُحسّن الرابطة الميكانيكية بينهما. وعندما تلتصق مادة المصفوفة بألياف الكربون، تصبح أكثر قدرة على الاندماج في هذه الهياكل الخشنة، مُشكّلةً رابطة أقوى.

يمكن أن تُدخل معالجة التنشيط وفرة من المجموعات الوظيفية التفاعلية على سطح ألياف الكربون. تتفاعل هذه المجموعات كيميائيًا مع المجموعات الوظيفية المقابلة في مادة المصفوفة لتكوين روابط كيميائية. على سبيل المثال، يمكن لمعالجة الأكسدة أن تُدخل مجموعات الهيدروكسيل والكربوكسيل ومجموعات وظيفية أخرى على سطح ألياف الكربون، والتي تتفاعل مع...إيبوكسيفي مصفوفة الراتنج، وما إلى ذلك، لتكوين روابط تساهمية. قوة هذه الرابطة الكيميائية أعلى بكثير من قوة الرابطة الفيزيائية، مما يُحسّن بشكل كبير قوة الترابط السطحي بين ألياف الكربون ومادة المصفوفة.

تزداد أيضًا طاقة سطح ألياف الكربون المنشَّطة بشكل ملحوظ. تُسهِّل هذه الزيادة تبليل ألياف الكربون بمادة المصفوفة، مما يُسهِّل انتشارها واختراقها لسطح ألياف الكربون. في عملية تحضير المواد المركبة، يُمكن توزيع مادة المصفوفة بشكل أكثر توازنًا حول ألياف الكربون لتكوين بنية أكثر كثافة. هذا لا يُحسِّن فقط الخواص الميكانيكية للمادة المركبة، بل يُحسِّن أيضًا خصائصها الأخرى، مثل مقاومة التآكل والاستقرار الحراري.

تتمتع ألياف الكربون المنشط بمزايا متعددة لإعداد مركبات ألياف الكربون.

من حيث الخواص الميكانيكية، قوة الترابط السطحي بين المواد المنشطةألياف الكربونوقد تم تحسين مادة المصفوفة بشكل كبير، مما يُمكّن المركبات من نقل الضغوط بشكل أفضل عند تعرضها لقوى خارجية. هذا يعني أن الخصائص الميكانيكية للمركبات، مثل القوة ومعامل المرونة، قد تحسنت بشكل ملحوظ. على سبيل المثال، في مجال الطيران، الذي يتطلب خصائص ميكانيكية عالية للغاية، تتميز أجزاء الطائرات المصنوعة من مركبات ألياف الكربون المنشط بقدرتها على تحمل أحمال طيران أكبر، مما يُحسّن سلامة الطائرة وموثوقيتها. أما في مجال الأدوات الرياضية، مثل هياكل الدراجات ومضارب الجولف، فيمكن لمركبات ألياف الكربون المنشط توفير قوة وصلابة أفضل، مع تقليل الوزن وتحسين تجربة الرياضيين.

من حيث مقاومة التآكل، بفضل إدخال مجموعات وظيفية تفاعلية على سطح ألياف الكربون المنشط، يُمكن لهذه المجموعات الوظيفية تكوين روابط كيميائية أكثر استقرارًا مع مادة المصفوفة، مما يُحسّن مقاومة المركبات للتآكل. في بعض الظروف البيئية القاسية، مثل البيئة البحرية والصناعات الكيميائية، إلخ، تُصبح المجموعات الوظيفية المنشَّطة...مركبات ألياف الكربونيُحسّن مقاومة تآكل المواد المسببة للتآكل، ويُطيل عمر الخدمة. وهذا أمر بالغ الأهمية لبعض المعدات والهياكل التي تُستخدم في بيئات قاسية لفترات طويلة.

من حيث الاستقرار الحراري، يُحسّن الترابط السطحي الجيد بين ألياف الكربون المنشّط ومادة المصفوفة الاستقرار الحراري للمركبات. في ظل درجات الحرارة العالية، تحافظ هذه المركبات على خصائص ميكانيكية واستقرار أبعاد أفضل، وتكون أقل عرضة للتشوه والتلف. هذا يمنح مركبات ألياف الكربون المنشّط آفاق استخدام واسعة في التطبيقات عالية الحرارة، مثل أجزاء محركات السيارات وأجزاء الطرف الساخن لمحركات الطائرات.

من حيث أداء المعالجة، تتميز ألياف الكربون المنشط بنشاط سطحي متزايد وتوافق أفضل مع مادة المصفوفة. هذا يُسهّل على مادة المصفوفة التسرب والتصلب على سطح ألياف الكربون أثناء تحضير المادة المركبة، مما يُحسّن كفاءة المعالجة وجودة المنتج. في الوقت نفسه، تُحسّن قابلية تصميم مركبات ألياف الكربون المنشط، مما يسمح بتخصيصها لتطبيقات مختلفة وتلبية مجموعة متنوعة من المتطلبات الهندسية المعقدة.

لذلك، علاج التنشيطألياف الكربونيُعدّ التنشيط حلقة وصل رئيسية في تحضير مركبات ألياف الكربون عالية الأداء. فمن خلال معالجة التنشيط، يُمكن تحسين بنية سطح ألياف الكربون لزيادة خشونة السطح، وإدخال مجموعات وظيفية نشطة، وتحسين طاقة السطح، مما يُحسّن قوة الترابط بين ألياف الكربون ومادة المصفوفة، ويُرسي الأساس لإعداد مركبات ألياف الكربون ذات الخصائص الميكانيكية الممتازة، ومقاومة التآكل، والاستقرار الحراري، وأداء المعالجة. مع التقدم المستمر في العلوم والتكنولوجيا، يُعتقد أن تقنية تنشيط ألياف الكربون ستواصل الابتكار والتطوير، مما يُوفر دعمًا أقوى للتطبيقات الواسعة لمركبات ألياف الكربون.

شركة شنغهاي أوريسين لتكنولوجيا المواد الجديدة المحدودة
م: +86 18683776368 (واتساب أيضًا)
ت:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
العنوان: رقم 398، طريق نيو جرين، مدينة شينبانج، منطقة سونغجيانغ، شنغهاي