В днешната епоха на бърз технологичен напредък, въглеродните влакнести композити си изграждат име в широк спектър от области благодарение на превъзходните си характеристики. От висококачествени приложения в аерокосмическата индустрия до ежедневните нужди на спортните стоки, въглеродните влакнести композити показват голям потенциал. Въпреки това, за да се получат високоефективни въглеродни влакнести композити, е необходима активационна обработка...въглеродни влакнае решаваща стъпка.
Снимка на електронен микроскоп с повърхност от въглеродни влакна
Въглеродните влакна, високоефективен влакнест материал, имат много убедителни свойства. Те са съставени главно от въглерод и имат удължена нишковидна структура. От гледна точка на повърхностната структура, повърхността на въглеродните влакна е относително гладка и има по-малко активни функционални групи. Това се дължи на факта, че по време на получаването на въглеродни влакна, високотемпературната карбонизация и други обработки правят повърхността на въглеродните влакна по-инертна. Това повърхностно свойство носи редица предизвикателства пред получаването на композити от въглеродни влакна.
Гладката повърхност прави връзката между въглеродните влакна и матричния материал слаба. При приготвянето на композити е трудно за матричния материал да образува здрава връзка с повърхността на...въглеродни влакна, което влияе върху цялостните характеристики на композитния материал. Второ, липсата на активни функционални групи ограничава химическата реакция между въглеродните влакна и матричните материали. Това прави междуфазовата връзка между двете основно зависима от физически ефекти, като механично вграждане и др., които често не са достатъчно стабилни и са склонни към разделяне, когато са подложени на външни сили.
Схематична диаграма на междуслойно подсилване на въглеродна тъкан от въглеродни нанотръби
За да се решат тези проблеми, е необходима активационна обработка на въглеродните влакна. Активиранивъглеродни влакнапоказват значителни промени в няколко аспекта.
Активационната обработка увеличава грапавостта на повърхността на въглеродните влакна. Чрез химическо окисление, плазмена обработка и други методи, малки вдлъбнатини и канали могат да бъдат гравирани в повърхността на въглеродните влакна, правейки повърхността грапава. Тази грапава повърхност увеличава контактната площ между въглеродните влакна и материала на основата, което подобрява механичната връзка между двете. Когато матричният материал е свързан с въглеродните влакна, той е по-способен да се вгради в тези грапави структури, образувайки по-здрава връзка.
Активационната обработка може да въведе изобилие от реактивни функционални групи върху повърхността на въглеродните влакна. Тези функционални групи могат да реагират химически със съответните функционални групи в матричния материал, за да образуват химични връзки. Например, окислителната обработка може да въведе хидроксилни групи, карбоксилни групи и други функционални групи върху повърхността на въглеродните влакна, които могат да реагират с...епоксидна смолагрупи в матрицата на смолата и т.н., за да образуват ковалентни връзки. Силата на тази химическа връзка е много по-висока от тази на физическата връзка, което значително подобрява силата на междуфазовата връзка между въглеродните влакна и матричния материал.
Повърхностната енергия на активните въглеродни влакна също се увеличава значително. Увеличаването на повърхностната енергия улеснява омокрянето на въглеродните влакна от матричния материал, като по този начин улеснява разпределянето и проникването на матричния материал върху повърхността на въглеродните влакна. В процеса на приготвяне на композити, матричният материал може да бъде по-равномерно разпределен около въглеродните влакна, за да образува по-плътна структура. Това не само подобрява механичните свойства на композитния материал, но и подобрява други негови свойства, като устойчивост на корозия и термична стабилност.
Активните въгленови влакна имат множество предимства за приготвянето на композити от въглеродни влакна.
По отношение на механичните свойства, силата на междуфазовата връзка между активиранитевъглеродни влакнаи матричният материал е значително подобрен, което позволява на композитите да пренасят по-добре напреженията, когато са подложени на външни сили. Това означава, че механичните свойства на композитите, като якост и модул, са значително подобрени. Например в аерокосмическата област, която изисква изключително високи механични свойства, частите за самолети, изработени от композити с активен въглероден влакно, са способни да издържат на по-големи полетни натоварвания и да подобрят безопасността и надеждността на самолета. В областта на спортните стоки, като рамки за велосипеди, стикове за голф и др., композитите с активен въглероден влакно могат да осигурят по-добра здравина и твърдост, като същевременно намаляват теглото и подобряват преживяването на спортистите.
По отношение на устойчивостта на корозия, поради въвеждането на реактивни функционални групи върху повърхността на влакната от активен въглен, тези функционални групи могат да образуват по-стабилна химическа връзка с матричния материал, като по този начин подобряват корозионната устойчивост на композитите. В някои тежки условия на околната среда, като морска среда, химическата промишленост и др., активираният въглен...композити от въглеродни влакнамогат по-добре да устоят на ерозията от корозивни среди и да удължат експлоатационния живот. Това е от голямо значение за някои съоръжения и конструкции, които се използват в тежки условия за дълго време.
По отношение на термичната стабилност, доброто междуфазово свързване между активните въглеродни влакна и матричния материал може да подобри термичната стабилност на композитите. При високотемпературна среда композитите могат да поддържат по-добри механични свойства и размерна стабилност и са по-малко податливи на деформация и повреди. Това прави композитите с активни въглеродни влакна с широки перспективи за приложение във високотемпературни приложения, като например части за автомобилни двигатели и горещи части за авиационни двигатели.
По отношение на производителността при обработка, активните въглеродни влакна имат повишена повърхностна активност и по-добра съвместимост с матричния материал. Това улеснява инфилтрацията и втвърдяването на матричния материал върху повърхността на въглеродните влакна по време на приготвянето на композитния материал, като по този начин подобрява ефективността на обработката и качеството на продукта. В същото време се подобрява и възможността за проектиране на композитите с активни въглеродни влакна, което позволява те да бъдат персонализирани за различни приложения и да отговарят на различни сложни инженерни изисквания.
Следователно, активационното лечение навъглеродни влакнае ключово звено в получаването на високоефективни композити от въглеродни влакна. Чрез активационната обработка може да се подобри повърхностната структура на въглеродните влакна, за да се увеличи грапавостта на повърхността, да се въведат активни функционални групи и да се подобри повърхностната енергия, така че да се подобри силата на междуфазовата връзка между въглеродните влакна и матричния материал и да се постави основата за получаването на композити от въглеродни влакна с отлични механични свойства, устойчивост на корозия, термична стабилност и производителност при обработка. С непрекъснатия напредък на науката и технологиите се смята, че технологията за активиране на въглеродни влакна ще продължи да се развива и да се развива, осигурявайки по-силна подкрепа за широкото приложение на композитите от въглеродни влакна.
Шанхай Орисен Нови Материални Технологии Ко ООД
M: +86 18683776368 (също WhatsApp)
Тел.: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Адрес: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Време на публикуване: 04 септември 2024 г.