V dnešní době rychlého technologického pokroku si kompozity z uhlíkových vláken díky svému vynikajícímu výkonu budují jméno v široké škále oblastí. Od špičkových aplikací v leteckém průmyslu až po každodenní potřeby sportovního zboží, kompozity z uhlíkových vláken vykazují velký potenciál. Pro přípravu vysoce výkonných kompozitů z uhlíkových vláken je však nutné aktivační zpracování...uhlíková vláknaje klíčový krok.
Obrázek elektronového mikroskopu s povrchem uhlíkových vláken
Uhlíková vlákna, vysoce výkonný vláknitý materiál, mají mnoho zajímavých vlastností. Skládají se převážně z uhlíku a mají protáhlou vláknitou strukturu. Z hlediska povrchové struktury je povrch uhlíkových vláken relativně hladký a má méně aktivních funkčních skupin. To je dáno tím, že během přípravy uhlíkových vláken, vysokoteplotní karbonizace a další úpravy způsobují, že povrch uhlíkových vláken je inertnější. Tato povrchová vlastnost s sebou přináší řadu výzev při přípravě kompozitů z uhlíkových vláken.
Hladký povrch oslabuje vazbu mezi uhlíkovými vlákny a matricovým materiálem. Při přípravě kompozitů je pro matricový materiál obtížné vytvořit silnou vazbu na povrchu.uhlíkové vlákno, což ovlivňuje celkový výkon kompozitního materiálu. Za druhé, absence aktivních funkčních skupin omezuje chemickou reakci mezi uhlíkovými vlákny a matricovými materiály. Díky tomu se mezifázové vazby mezi nimi spoléhají hlavně na fyzikální účinky, jako je mechanické zabudování atd., které často nejsou dostatečně stabilní a jsou náchylné k oddělení, když jsou vystaveny vnějším silám.
Schéma mezivrstvého vyztužení tkaniny z uhlíkových vláken uhlíkovými nanotrubicemi
Aby se tyto problémy vyřešily, je nezbytné aktivační zpracování uhlíkových vláken. Aktivovanéuhlíková vláknavykazují významné změny v několika ohledech.
Aktivační úprava zvyšuje drsnost povrchu uhlíkových vláken. Chemickou oxidací, plazmovým zpracováním a dalšími metodami lze do povrchu uhlíkových vláken vyleptat drobné důlky a drážky, čímž se povrch zdrsní. Tento drsný povrch zvětšuje kontaktní plochu mezi uhlíkovým vláknem a materiálem substrátu, což zlepšuje mechanickou vazbu mezi nimi. Když je matricový materiál spojen s uhlíkovým vláknem, je schopen se lépe zabudovat do těchto drsných struktur a vytvořit tak silnější vazbu.
Aktivační úprava může na povrch uhlíkových vláken zavést velké množství reaktivních funkčních skupin. Tyto funkční skupiny mohou chemicky reagovat s odpovídajícími funkčními skupinami v matrici za vzniku chemických vazeb. Například oxidační úprava může na povrch uhlíkových vláken zavést hydroxylové skupiny, karboxylové skupiny a další funkční skupiny, které mohou reagovat s...epoxidskupiny v pryskyřičné matrici a tak dále za vzniku kovalentních vazeb. Pevnost této chemické vazby je mnohem vyšší než pevnost fyzické vazby, což výrazně zlepšuje pevnost mezifázových vazeb mezi uhlíkovými vlákny a matričním materiálem.
Povrchová energie aktivního uhlíkového vlákna se také výrazně zvyšuje. Zvýšení povrchové energie usnadňuje smáčení uhlíkových vláken matricovým materiálem, čímž se usnadňuje rozprostření a pronikání matricového materiálu na povrch uhlíkového vlákna. Během procesu přípravy kompozitů může být matricový materiál rovnoměrněji rozložen kolem uhlíkových vláken a vytvořit tak hustší strukturu. To nejen zlepšuje mechanické vlastnosti kompozitního materiálu, ale také zlepšuje jeho další vlastnosti, jako je odolnost proti korozi a tepelná stabilita.
Aktivní uhlíková vlákna mají pro přípravu kompozitů z uhlíkových vláken řadu výhod.
Z hlediska mechanických vlastností je pevnost mezifázových vazeb mezi aktivovanýmiuhlíková vláknaa materiál matrice je výrazně vylepšen, což umožňuje kompozitům lépe přenášet namáhání při působení vnějších sil. To znamená, že mechanické vlastnosti kompozitů, jako je pevnost a modul, jsou výrazně zlepšeny. Například v leteckém průmyslu, který vyžaduje extrémně vysoké mechanické vlastnosti, jsou letecké díly vyrobené z kompozitů s aktivním uhlíkovým vláknem schopny odolat většímu letovému zatížení a zlepšit bezpečnost a spolehlivost letadla. V oblasti sportovního zboží, jako jsou rámy jízdních kol, golfové hole atd., mohou kompozity s aktivním uhlíkovým vláknem poskytnout lepší pevnost a tuhost a zároveň snížit hmotnost a zlepšit zážitek sportovců.
Pokud jde o odolnost proti korozi, díky zavedení reaktivních funkčních skupin na povrch vláken s aktivním uhlím mohou tyto funkční skupiny tvořit stabilnější chemické vazby s matričním materiálem, čímž se zlepšuje odolnost kompozitů proti korozi. V některých náročných podmínkách prostředí, jako je mořské prostředí, chemický průmysl atd., může aktivovaný materiál...kompozity z uhlíkových vlákenlépe odolávají erozi korozivních médií a prodlužují životnost. To má velký význam pro některá zařízení a konstrukce, které jsou dlouhodobě používány v náročných podmínkách.
Pokud jde o tepelnou stabilitu, dobrá mezifázová vazba mezi aktivním uhlíkovým vláknem a matricovým materiálem může zlepšit tepelnou stabilitu kompozitů. V prostředí s vysokou teplotou si kompozity mohou udržet lepší mechanické vlastnosti a rozměrovou stabilitu a jsou méně náchylné k deformaci a poškození. Díky tomu mají aktivní uhlíkové vlákna široké uplatnění ve vysokoteplotních aplikacích, jako jsou součásti automobilových motorů a horké části leteckých motorů.
Pokud jde o zpracovatelský výkon, aktivní uhlíková vlákna mají zvýšenou povrchovou aktivitu a lepší kompatibilitu s matričním materiálem. To usnadňuje matričnímu materiálu infiltraci a vytvrzování na povrchu uhlíkových vláken během přípravy kompozitního materiálu, čímž se zlepšuje efektivita zpracování a kvalita produktu. Zároveň se zlepšuje i konstrukční schopnost kompozitů z aktivních uhlíkových vláken, což umožňuje jejich přizpůsobení různým aplikacím a splnění řady složitých technických požadavků.
Proto aktivační léčbauhlíková vláknaje klíčovým článkem při přípravě vysoce výkonných kompozitů z uhlíkových vláken. Aktivační úpravou lze zlepšit povrchovou strukturu uhlíkových vláken, zvýšit jejich drsnost, zavést aktivní funkční skupiny a zlepšit povrchovou energii, a tím zlepšit pevnost mezifázových vazeb mezi uhlíkovými vlákny a matričním materiálem. Tím se položí základ pro přípravu kompozitů z uhlíkových vláken s vynikajícími mechanickými vlastnostmi, odolností proti korozi, tepelnou stabilitou a zpracovatelským výkonem. S neustálým pokrokem vědy a techniky se předpokládá, že technologie aktivace uhlíkových vláken bude i nadále inovovat a rozvíjet se, což poskytne silnější podporu pro široké použití kompozitů z uhlíkových vláken.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd.
M: +86 18683776368 (také WhatsApp)
Tel.: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresa: Č. 398 Nová zelená ulice, město Xinbang, okres Songjiang, Šanghaj
Čas zveřejnění: 4. září 2024