En l'era actual de ràpid avenç tecnològic, els compostos de fibra de carboni s'estan fent un nom en una àmplia gamma de camps a causa del seu rendiment superior. Des d'aplicacions d'alta gamma en l'aeroespacial fins a les necessitats diàries d'articles esportius, els compostos de fibra de carboni han demostrat un gran potencial. Tanmateix, per preparar compostos de fibra de carboni d'alt rendiment, el tractament d'activació defibres de carboniés un pas crucial.
Imatge del microscopi electrònic de superfície de fibra de carboni
La fibra de carboni, un material de fibra d'alt rendiment, té moltes propietats atractives. Està composta principalment de carboni i té una estructura filamentosa allargada. Des del punt de vista de l'estructura superficial, la superfície de la fibra de carboni és relativament llisa i té menys grups funcionals actius. Això es deu al fet que durant la preparació de les fibres de carboni, la carbonització a alta temperatura i altres tractaments fan que la superfície de les fibres de carboni presenti un estat més inert. Aquesta propietat superficial planteja una sèrie de reptes a la preparació de compostos de fibra de carboni.
La superfície llisa fa que la unió entre la fibra de carboni i el material matriu sigui feble. En la preparació de materials compostos, és difícil que el material matriu formi una unió forta a la superfície de lafibra de carboni, cosa que afecta el rendiment general del material compost. En segon lloc, la manca de grups funcionals actius limita la reacció química entre les fibres de carboni i els materials matricials. Això fa que la unió interfacial entre els dos depengui principalment d'efectes físics, com ara la incrustació mecànica, etc., que sovint no és prou estable i és propensa a la separació quan se sotmet a forces externes.
Diagrama esquemàtic del reforç intercapa de tela de fibra de carboni mitjançant nanotubs de carboni
Per resoldre aquests problemes, cal un tractament d'activació de les fibres de carboni.fibres de carbonimostren canvis significatius en diversos aspectes.
El tractament d'activació augmenta la rugositat superficial de les fibres de carboni. Mitjançant l'oxidació química, el tractament amb plasma i altres mètodes, es poden gravar petits forats i solcs a la superfície de les fibres de carboni, fent que la superfície sigui rugosa. Aquesta superfície rugosa augmenta l'àrea de contacte entre la fibra de carboni i el material del substrat, cosa que millora l'enllaç mecànic entre tots dos. Quan el material matriu s'uneix a la fibra de carboni, és més capaç d'integrar-se en aquestes estructures rugoses, formant un enllaç més fort.
El tractament d'activació pot introduir una abundància de grups funcionals reactius a la superfície de la fibra de carboni. Aquests grups funcionals poden reaccionar químicament amb els grups funcionals corresponents del material matriu per formar enllaços químics. Per exemple, el tractament d'oxidació pot introduir grups hidroxil, grups carboxil i altres grups funcionals a la superfície de les fibres de carboni, que poden reaccionar amb elepoxigrups a la matriu de resina i així successivament per formar enllaços covalents. La força d'aquesta unió química és molt més alta que la de la unió física, cosa que millora considerablement la força d'unió interfacial entre la fibra de carboni i el material de la matriu.
L'energia superficial de la fibra de carboni activada també augmenta significativament. L'augment de l'energia superficial facilita que la fibra de carboni sigui mullada pel material matriu, facilitant així l'extensió i la penetració del material matriu a la superfície de la fibra de carboni. En el procés de preparació de compostos, el material matriu es pot distribuir de manera més uniforme al voltant de les fibres de carboni per formar una estructura més densa. Això no només millora les propietats mecàniques del material compost, sinó que també millora les seves altres propietats, com ara la resistència a la corrosió i l'estabilitat tèrmica.
Les fibres de carbó activat tenen múltiples avantatges per a la preparació de compostos de fibra de carboni.
Pel que fa a les propietats mecàniques, la força d'enllaç interfacial entre l'activatfibres de carbonii el material matriu millora considerablement, cosa que permet que els compostos transfereixin millor les tensions quan se sotmeten a forces externes. Això significa que les propietats mecàniques dels compostos, com ara la resistència i el mòdul, milloren significativament. Per exemple, en el camp aeroespacial, que requereix propietats mecàniques extremadament altes, les peces d'avió fabricades amb compostos de fibra de carboni activat són capaces de suportar càrregues de vol més grans i millorar la seguretat i la fiabilitat de l'avió. En el camp dels articles esportius, com ara quadres de bicicleta, pals de golf, etc., els compostos de fibra de carboni activat poden proporcionar una millor resistència i rigidesa, alhora que redueixen el pes i milloren l'experiència dels atletes.
Pel que fa a la resistència a la corrosió, a causa de la introducció de grups funcionals reactius a la superfície de les fibres de carboni activat, aquests grups funcionals poden formar unions químiques més estables amb el material de la matriu, millorant així la resistència a la corrosió dels compostos. En algunes condicions ambientals dures, com ara el medi marí, la indústria química, etc., els grups funcionals activats...compostos de fibra de carbonipot resistir millor l'erosió dels medis corrosius i allargar la vida útil. Això és de gran importància per a alguns equips i estructures que s'utilitzen en entorns durs durant molt de temps.
Pel que fa a l'estabilitat tèrmica, una bona unió interfacial entre la fibra de carboni activat i el material matriu pot millorar l'estabilitat tèrmica dels compostos. En un entorn d'alta temperatura, els compostos poden mantenir millors propietats mecàniques i estabilitat dimensional, i són menys propensos a la deformació i al dany. Això fa que els compostos de fibra de carboni activat tinguin àmplies perspectives d'aplicació en aplicacions d'alta temperatura, com ara peces de motors d'automòbils i peces de l'extrem calent de motors d'aviació.
Pel que fa al rendiment de processament, les fibres de carboni activat tenen una activitat superficial augmentada i una millor compatibilitat amb el material de la matriu. Això facilita que el material de la matriu s'infiltri i s'endureixi a la superfície de la fibra de carboni durant la preparació del material compost, millorant així l'eficiència del processament i la qualitat del producte. Al mateix temps, també es millora la capacitat de disseny dels compostos de fibra de carboni activat, cosa que permet personalitzar-los per a diferents aplicacions i complir amb una varietat de requisits d'enginyeria complexos.
Per tant, el tractament d'activació defibres de carboniés un enllaç clau en la preparació de compostos de fibra de carboni d'alt rendiment. Mitjançant el tractament d'activació, es pot millorar l'estructura superficial de la fibra de carboni per augmentar la rugositat superficial, introduir grups funcionals actius i millorar l'energia superficial, per tal de millorar la força d'unió interfacial entre la fibra de carboni i el material matriu, i establir les bases per a la preparació de compostos de fibra de carboni amb excel·lents propietats mecàniques, resistència a la corrosió, estabilitat tèrmica i rendiment de processament. Amb el progrés continu de la ciència i la tecnologia, es creu que la tecnologia d'activació de la fibra de carboni continuarà innovant i desenvolupant-se, proporcionant un suport més fort per a l'àmplia aplicació dels compostos de fibra de carboni.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (també WhatsApp)
Telèfon: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adreça: NO.398 New Green Road, Xinbang Town, Songjiang District, Xangai
Data de publicació: 04-09-2024