I dagens æra med hurtig teknologisk udvikling er kulfiberkompositter ved at skabe sig et navn inden for en bred vifte af områder på grund af deres overlegne ydeevne. Fra avancerede applikationer inden for luftfart til de daglige behov for sportsudstyr har kulfiberkompositter vist et stort potentiale. For at fremstille højtydende kulfiberkompositter er aktiveringsbehandling dog nødvendig.kulfibreer et afgørende skridt.
Billede af elektronmikroskop med kulfiberoverflade
Kulfiber, et højtydende fibermateriale, har mange overbevisende egenskaber. Det består hovedsageligt af kulstof og har en aflang filamentstruktur. Fra et overfladestrukturmæssigt synspunkt er overfladen af kulfiber relativt glat og har færre aktive funktionelle grupper. Dette skyldes, at højtemperaturkarbonisering og andre behandlinger under fremstillingen af kulfibre gør overfladen af kulfibrene mere inert. Denne overfladeegenskab medfører en række udfordringer for fremstillingen af kulfiberkompositter.
Den glatte overflade gør bindingen mellem kulfiber og matrixmateriale svag. Ved fremstilling af kompositter er det vanskeligt for matrixmaterialet at danne en stærk binding på overfladen afkulfiber, hvilket påvirker kompositmaterialets samlede ydeevne. For det andet begrænser manglen på aktive funktionelle grupper den kemiske reaktion mellem kulfibre og matrixmaterialer. Dette gør, at grænsefladebindingen mellem de to primært er afhængig af fysiske effekter, såsom mekanisk indlejring osv., som ofte ikke er stabil nok og er tilbøjelig til at separere, når den udsættes for eksterne kræfter.
Skematisk diagram over mellemlagsforstærkning af kulfiberdug med kulstofnanorør
For at løse disse problemer bliver aktiveringsbehandling af kulfibre nødvendig. Aktiveretkulfibreviser betydelige ændringer på flere områder.
Aktiveringsbehandling øger overfladeruheden af kulfibre. Gennem kemisk oxidation, plasmabehandling og andre metoder kan små huller og riller ætses ind i overfladen af kulfibre, hvilket gør overfladen ru. Denne ru overflade øger kontaktarealet mellem kulfiberen og substratmaterialet, hvilket forbedrer den mekaniske binding mellem de to. Når matrixmaterialet er bundet til kulfiberen, er det bedre i stand til at indlejre sig i disse ru strukturer og danne en stærkere binding.
Aktiveringsbehandlingen kan introducere en overflod af reaktive funktionelle grupper på overfladen af kulfiberen. Disse funktionelle grupper kan reagere kemisk med de tilsvarende funktionelle grupper i matrixmaterialet og danne kemiske bindinger. For eksempel kan oxidationsbehandling introducere hydroxylgrupper, carboxylgrupper og andre funktionelle grupper på overfladen af kulfibre, som kan reagere medepoxygrupper i harpiksmatrixen og så videre for at danne kovalente bindinger. Styrken af denne kemiske binding er meget højere end den fysiske binding, hvilket i høj grad forbedrer grænsefladebindingsstyrken mellem kulfiberen og matrixmaterialet.
Overfladeenergien af den aktive kulfiber øges også betydeligt. Stigningen i overfladeenergi gør det lettere for kulfiberen at blive befugtet af matrixmaterialet, hvilket letter spredningen og penetrationen af matrixmaterialet på kulfiberens overflade. I processen med at fremstille kompositter kan matrixmaterialet fordeles mere jævnt omkring kulfibrene for at danne en mere tæt struktur. Dette forbedrer ikke kun kompositmaterialets mekaniske egenskaber, men forbedrer også dets andre egenskaber, såsom korrosionsbestandighed og termisk stabilitet.
Aktive kulfibre har flere fordele ved fremstilling af kulfiberkompositter.
Med hensyn til mekaniske egenskaber, grænsefladebindingsstyrken mellem det aktiveredekulfibreog matrixmaterialet forbedres betydeligt, hvilket gør det muligt for kompositterne bedre at overføre spændinger, når de udsættes for eksterne kræfter. Det betyder, at kompositternes mekaniske egenskaber, såsom styrke og modul, forbedres betydeligt. For eksempel inden for luftfartsområdet, som kræver ekstremt høje mekaniske egenskaber, er flydele fremstillet med kompositter af aktivt kulfiber i stand til at modstå større flyvebelastninger og forbedre flyets sikkerhed og pålidelighed. Inden for sportsudstyr, såsom cykelstel, golfkøller osv., kan kompositter af aktivt kulfiber give bedre styrke og stivhed, samtidig med at vægten reduceres og atleternes oplevelse forbedres.
Med hensyn til korrosionsbestandighed kan introduktionen af reaktive funktionelle grupper på overfladen af aktivt kulfiber danne en mere stabil kemisk binding med matrixmaterialet og dermed forbedre kompositternes korrosionsbestandighed. Under visse barske miljøforhold, såsom havmiljøet, den kemiske industri osv., kan det aktiverede kulkulfiberkompositterkan bedre modstå erosion fra korrosive medier og forlænge levetiden. Dette er af stor betydning for noget udstyr og strukturer, der anvendes i barske miljøer i lang tid.
Med hensyn til termisk stabilitet kan en god grænsefladebinding mellem aktivt kulfiber og matrixmateriale forbedre kompositternes termiske stabilitet. Under høje temperaturer kan kompositterne opretholde bedre mekaniske egenskaber og dimensionsstabilitet og er mindre tilbøjelige til deformation og beskadigelse. Dette giver aktivt kulfiberkompositter brede anvendelsesmuligheder i højtemperaturapplikationer, såsom dele til bilmotorer og hot-end-dele til flymotorer.
Med hensyn til forarbejdningsydelse har de aktive kulfibre øget overfladeaktivitet og bedre kompatibilitet med matrixmaterialet. Dette gør det lettere for matrixmaterialet at infiltrere og hærde på overfladen af kulfiberen under fremstillingen af kompositmaterialet, hvilket forbedrer forarbejdningseffektiviteten og produktkvaliteten. Samtidig forbedres designbarheden af de aktive kulfiberkompositter også, hvilket gør det muligt at tilpasse dem til forskellige anvendelser og opfylde en række komplekse tekniske krav.
Derfor aktiveringsbehandling afkulfibreer et centralt led i fremstillingen af højtydende kulfiberkompositter. Gennem aktiveringsbehandlingen kan overfladestrukturen af kulfiber forbedres for at øge overfladeruheden, introducere aktive funktionelle grupper og forbedre overfladeenergien for at forbedre grænsefladebindingsstyrken mellem kulfiber og matrixmateriale og lægge grundlaget for fremstilling af kulfiberkompositter med fremragende mekaniske egenskaber, korrosionsbestandighed, termisk stabilitet og forarbejdningsevne. Med de kontinuerlige fremskridt inden for videnskab og teknologi menes det, at kulfiberaktiveringsteknologien vil fortsætte med at innovere og udvikle sig og give stærkere støtte til den brede anvendelse af kulfiberkompositter.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd.
M: +86 18683776368 (også whatsapp)
Tlf.: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresse: NO.398 New Green Road, Xinbang Town, Songjiang-distriktet, Shanghai
Opslagstidspunkt: 4. september 2024