U današnjem dobu brzog tehnološkog napretka, kompoziti od karbonskih vlakana stekli su ime u širokom spektru oblasti zahvaljujući svojim superiornim performansama. Od vrhunskih primjena u vazduhoplovstvu do svakodnevnih potreba sportske opreme, kompoziti od karbonskih vlakana pokazali su veliki potencijal. Međutim, za pripremu visokoperformansnih kompozita od karbonskih vlakana, potrebna je aktivacijska obrada...karbonska vlaknaje ključan korak.
Slika elektronskog mikroskopa na površini karbonskih vlakana
Karbonska vlakna, visokoperformansni vlaknasti materijal, imaju mnoga uvjerljiva svojstva. Uglavnom se sastoje od ugljika i imaju izduženu filamentarnu strukturu. Sa stanovišta površinske strukture, površina ugljičnih vlakana je relativno glatka i ima manje aktivnih funkcionalnih grupa. To je zbog činjenice da tokom pripreme ugljičnih vlakana, karbonizacija na visokim temperaturama i drugi tretmani čine površinu ugljičnih vlakana inertnijim stanjem. Ovo površinsko svojstvo donosi niz izazova u pripremi kompozita od ugljičnih vlakana.
Glatka površina slabi vezu između karbonskih vlakana i matričnog materijala. Prilikom pripreme kompozita, matričnom materijalu je teško formirati jaku vezu na površini...karbonska vlakna, što utiče na ukupne performanse kompozitnog materijala. Drugo, nedostatak aktivnih funkcionalnih grupa ograničava hemijsku reakciju između ugljičnih vlakana i matričnih materijala. Zbog toga se međufazna veza između njih uglavnom oslanja na fizičke efekte, kao što je mehaničko ugrađivanje itd., koji često nisu dovoljno stabilni i skloni su razdvajanju kada su izloženi vanjskim silama.
Shematski dijagram međuslojnog ojačanja tkanine od karbonskih vlakana ugljičnim nanocjevčicama
Da bi se riješili ovi problemi, neophodna je aktivacijska obrada karbonskih vlakana.karbonska vlaknapokazuju značajne promjene u nekoliko aspekata.
Aktivacijski tretman povećava hrapavost površine karbonskih vlakana. Hemijskom oksidacijom, plazma tretmanom i drugim metodama, sitne udubine i žljebovi mogu se urezati u površinu karbonskih vlakana, čineći površinu hrapavom. Ova hrapava površina povećava kontaktnu površinu između karbonskih vlakana i materijala podloge, što poboljšava mehaničku vezu između njih. Kada se materijal matrice veže za karbonska vlakna, on se bolje ugrađuje u ove hrapave strukture, formirajući jaču vezu.
Aktivacijski tretman može uvesti obilje reaktivnih funkcionalnih grupa na površinu ugljičnih vlakana. Ove funkcionalne grupe mogu hemijski reagovati sa odgovarajućim funkcionalnim grupama u matričnom materijalu formirajući hemijske veze. Na primjer, oksidacijski tretman može uvesti hidroksilne grupe, karboksilne grupe i druge funkcionalne grupe na površinu ugljičnih vlakana, koje mogu reagovati sa...epoksidgrupe u matrici smole i tako dalje da bi formirale kovalentne veze. Jačina ove hemijske veze je mnogo veća od fizičke veze, što značajno poboljšava čvrstoću međupovršinske veze između ugljičnih vlakana i materijala matrice.
Površinska energija aktivnog ugljeničnog vlakna se također značajno povećava. Povećanje površinske energije olakšava vlaženje ugljeničnih vlakana matricnim materijalom, čime se olakšava širenje i prodiranje matricnog materijala na površinu ugljeničnih vlakana. U procesu pripreme kompozita, matricni materijal se može ravnomjernije rasporediti oko ugljeničnih vlakana kako bi se formirala gušća struktura. Ovo ne samo da poboljšava mehanička svojstva kompozitnog materijala, već i poboljšava njegova druga svojstva, kao što su otpornost na koroziju i termička stabilnost.
Aktivna ugljenična vlakna imaju višestruke prednosti za pripremu kompozita od ugljeničnih vlakana.
Što se tiče mehaničkih svojstava, čvrstoća međufazne veze između aktiviranihkarbonska vlaknai materijal matrice je znatno poboljšan, što omogućava kompozitima da bolje prenose naprezanja kada su izloženi vanjskim silama. To znači da su mehanička svojstva kompozita, kao što su čvrstoća i modul, značajno poboljšana. Na primjer, u vazduhoplovnoj oblasti, koja zahtijeva izuzetno visoka mehanička svojstva, dijelovi aviona napravljeni od kompozita od aktivnih ugljeničnih vlakana mogu izdržati veća opterećenja leta i poboljšati sigurnost i pouzdanost aviona. U oblasti sportske opreme, kao što su okviri bicikala, palice za golf itd., kompoziti od aktivnih ugljeničnih vlakana mogu pružiti bolju čvrstoću i krutost, uz smanjenje težine i poboljšanje iskustva sportista.
Što se tiče otpornosti na koroziju, zbog uvođenja reaktivnih funkcionalnih grupa na površinu vlakana aktivnog uglja, ove funkcionalne grupe mogu formirati stabilnije hemijske veze s matričnim materijalom, čime se poboljšava otpornost kompozita na koroziju. U nekim teškim uslovima okoline, kao što su morska okolina, hemijska industrija itd., aktivirani...kompoziti od karbonskih vlakanamogu bolje odoljeti eroziji korozivnih medija i produžiti vijek trajanja. Ovo je od velikog značaja za neku opremu i konstrukcije koje se dugo koriste u teškim uvjetima.
Što se tiče termičke stabilnosti, dobra međufazna veza između aktivnih ugljeničnih vlakana i matrice može poboljšati termičku stabilnost kompozita. U uslovima visoke temperature, kompoziti mogu održati bolja mehanička svojstva i dimenzionalnu stabilnost, te su manje skloni deformacijama i oštećenjima. Zbog toga kompoziti od aktivnih ugljeničnih vlakana imaju široke mogućnosti primjene u primjenama na visokim temperaturama, kao što su dijelovi automobilskih motora i dijelovi vrućih dijelova avionskih motora.
Što se tiče performansi obrade, vlakna aktivnog uglja imaju povećanu površinsku aktivnost i bolju kompatibilnost s matričnim materijalom. To olakšava matričnom materijalu infiltraciju i stvrdnjavanje na površini ugljičnih vlakana tokom pripreme kompozitnog materijala, čime se poboljšava efikasnost obrade i kvalitet proizvoda. Istovremeno, poboljšava se i mogućnost dizajniranja kompozita od vlakana aktivnog uglja, što im omogućava prilagođavanje različitim primjenama i ispunjavanje raznih složenih inženjerskih zahtjeva.
Stoga, aktivacijski tretmankarbonska vlaknaje ključna karika u pripremi visokoperformansnih kompozita od karbonskih vlakana. Tretmanom aktivacije može se poboljšati površinska struktura karbonskih vlakana kako bi se povećala hrapavost površine, uvele aktivne funkcionalne grupe i poboljšala površinska energija, te se tako poboljšala čvrstoća međupovršinske veze između karbonskih vlakana i matričnog materijala, te postavili temelji za pripremu kompozita od karbonskih vlakana s odličnim mehaničkim svojstvima, otpornošću na koroziju, termičkom stabilnošću i performansama obrade. S kontinuiranim napretkom nauke i tehnologije, vjeruje se da će tehnologija aktivacije karbonskih vlakana nastaviti s inovacijama i razvojem, pružajući jaču podršku širokoj primjeni kompozita od karbonskih vlakana.
Šangaj Orisen tehnologija novih materijala, d.o.o.
M: +86 18683776368 (također i WhatsApp)
Tel: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresa: BR. 398 New Green Road, grad Xinbang, okrug Songjiang, Šangaj
Vrijeme objave: 04.09.2024.