Tänapäeva kiire tehnoloogilise arengu ajastul teevad süsinikkiust komposiidid oma suurepärase jõudluse tõttu endale nime paljudes valdkondades. Alates tipptasemel rakendustest lennunduses kuni spordikaupade igapäevaste vajadusteni on süsinikkiust komposiidid näidanud suurt potentsiaali. Kuid kõrgjõudlusega süsinikkiust komposiitide valmistamiseks on vaja aktiveerivat töötlemist...süsinikkiudon ülioluline samm.
Süsinikkiust pinna elektronmikroskoobi pilt
Süsinikkiud, kõrgjõudlusega kiudmaterjal, omab palju veenvaid omadusi. See koosneb peamiselt süsinikust ja sellel on piklik niitjas struktuur. Pinnastruktuuri seisukohast on süsinikkiu pind suhteliselt sile ja sellel on vähem aktiivseid funktsionaalrühmi. See on tingitud asjaolust, et süsinikkiudude valmistamise ajal muudab kõrge temperatuuriga karboniseerimine ja muud töötlusviisid süsinikkiudude pinna inertsemaks. See pinnaomadus toob süsinikkiust komposiitide valmistamisele kaasa rea väljakutseid.
Sile pind muudab süsinikkiu ja maatriksmaterjali vahelise sideme nõrgaks. Komposiitide valmistamisel on maatriksmaterjalil raske pinnale tugevat sidet moodustada.süsinikkiud, mis mõjutab komposiitmaterjali üldist jõudlust. Teiseks piirab aktiivsete funktsionaalrühmade puudumine süsinikkiudude ja maatriksmaterjalide vahelist keemilist reaktsiooni. Seetõttu tugineb kahe vaheline faasidevaheline side peamiselt füüsikalistele mõjudele, nagu mehaaniline kinnistumine jne, mis sageli ei ole piisavalt stabiilne ja on väliste jõudude mõjul altid eralduma.
Süsinikkiust kanga vahekihi tugevdamise skemaatiline diagramm süsiniknanotorude abil
Nende probleemide lahendamiseks on vajalik süsinikkiudude aktiveeriv töötlemine. Aktiveeritudsüsinikkiudnäitavad olulisi muutusi mitmes aspektis.
Aktiveerimistöötlus suurendab süsinikkiudude pinna karedust. Keemilise oksüdeerimise, plasmatöötluse ja muude meetodite abil saab süsinikkiudude pinnale söövitada pisikesi süvendeid ja sooni, mis muudavad pinna karedaks. See kare pind suurendab süsinikkiu ja alusmaterjali vahelist kontaktpinda, mis parandab nende kahe vahelist mehaanilist sidet. Kui maatriksmaterjal on süsinikkiuga ühendatud, on see paremini võimeline nendesse karedatesse struktuuridesse kinnistuma, moodustades tugevama sideme.
Aktiveerimistöötlusega saab süsinikkiu pinnale viia hulgaliselt reaktiivseid funktsionaalrühmi. Need funktsionaalrühmad saavad keemiliselt reageerida maatriksmaterjali vastavate funktsionaalrühmadega, moodustades keemilisi sidemeid. Näiteks oksüdeerimistöötlusega saab süsinikkiu pinnale viia hüdroksüülrühmi, karboksüülrühmi ja muid funktsionaalrühmi, mis saavad reageerida...epoksüvaigu maatriksi rühmad ja nii edasi, moodustades kovalentseid sidemeid. Selle keemilise sideme tugevus on palju suurem kui füüsikalise sideme tugevus, mis parandab oluliselt süsinikkiu ja maatriksmaterjali vahelist faasidevahelist sideme tugevust.
Aktiveeritud süsinikkiu pinnaenergia suureneb samuti märkimisväärselt. Pinnaenergia suurenemine hõlbustab süsinikkiu niisutamist maatriksmaterjaliga, mis omakorda hõlbustab maatriksmaterjali levikut ja tungimist süsinikkiu pinnale. Komposiitide valmistamise protsessis saab maatriksmaterjali süsinikkiudude ümber ühtlasemalt jaotada, moodustades tihedama struktuuri. See mitte ainult ei paranda komposiitmaterjali mehaanilisi omadusi, vaid parandab ka selle muid omadusi, nagu korrosioonikindlus ja termiline stabiilsus.
Aktiveeritud süsinikkiududel on süsinikkiust komposiitide valmistamisel mitmeid eeliseid.
Mehaaniliste omaduste osas on aktiveeritud pindade vahelise pindadevahelise sideme tugevussüsinikkiudja maatriksmaterjal on oluliselt paranenud, mis võimaldab komposiitidel väliste jõudude mõjul pingeid paremini üle kanda. See tähendab, et komposiitide mehaanilised omadused, näiteks tugevus ja elastsusmoodul, on oluliselt paranenud. Näiteks lennunduses, kus nõutakse äärmiselt kõrgeid mehaanilisi omadusi, suudavad aktiivsüsinikkiudkomposiitidest valmistatud lennukiosad taluda suuremaid lennukoormusi ning parandada lennuki ohutust ja töökindlust. Spordikaupade, näiteks jalgrattaraamide, golfikeppide jms valdkonnas võivad aktiivsüsinikkiudkomposiidid pakkuda paremat tugevust ja jäikust, vähendades samal ajal kaalu ja parandades sportlaste kogemust.
Korrosioonikindluse osas võivad aktiivsöekiudude pinnale lisatud reaktiivsed funktsionaalrühmad moodustada maatriksmaterjaliga stabiilsema keemilise sideme, parandades seeläbi komposiitide korrosioonikindlust. Mõnedes karmides keskkonnatingimustes, näiteks merekeskkonnas, keemiatööstuses jne, aktiveeritud süsinikkiudsüsinikkiust komposiididsuudab paremini vastu pidada söövitavate keskkondade erosioonile ja pikendada kasutusiga. See on väga oluline mõnede seadmete ja konstruktsioonide jaoks, mida kasutatakse pikka aega karmides keskkondades.
Termilise stabiilsuse osas võib aktiivsüsinikkiu ja maatriksmaterjali vaheline hea pindadevaheline side parandada komposiitide termilist stabiilsust. Kõrge temperatuuriga keskkonnas säilitavad komposiidid paremad mehaanilised omadused ja mõõtmete stabiilsuse ning on vähem altid deformatsioonile ja kahjustustele. See annab aktiivsüsinikkiust komposiitidele laialdased rakendusvõimalused kõrge temperatuuriga rakendustes, näiteks automootorite osades ja lennukimootorite kuumaotsa osades.
Töötlemisvõime osas on aktiivsüsikiududel suurem pinnaaktiivsus ja parem ühilduvus maatriksmaterjaliga. See lihtsustab maatriksmaterjali imbumist ja kõvenemist süsinikkiudude pinnal komposiitmaterjali valmistamise ajal, parandades seeläbi töötlemise efektiivsust ja toote kvaliteeti. Samal ajal paraneb ka aktiivsüsikiudude komposiitide disainitavus, mis võimaldab neid kohandada erinevate rakenduste jaoks ja täita mitmesuguseid keerulisi insenerinõudeid.
Seetõttu on aktiveeriv ravisüsinikkiudon võtmetähtsusega lüli kõrgjõudlusega süsinikkiust komposiitide valmistamisel. Aktiveerimistöötluse abil saab parandada süsinikkiu pinnastruktuuri, suurendada pinna karedust, lisada aktiivseid funktsionaalrühmi ja parandada pinnaenergiat, et parandada süsinikkiu ja maatriksmaterjali vahelist pindadevahelist sideme tugevust ning luua alus suurepäraste mehaaniliste omaduste, korrosioonikindluse, termilise stabiilsuse ja töötlemisvõimega süsinikkiust komposiitide valmistamisele. Teaduse ja tehnoloogia pideva arenguga usutakse, et süsinikkiu aktiveerimistehnoloogia jätkab uuendusi ja arengut, pakkudes tugevamat tuge süsinikkiust komposiitide laialdasele kasutamisele.
Shanghai Oriseni uus materjalitehnoloogia Co., Ltd.
M: +86 18683776368 (ka WhatsApp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Aadress: NO.398 New Green Road Xinbangi linn Songjiangi piirkond, Shanghai
Postituse aeg: 04.09.2024