در عصر حاضر که پیشرفت سریع فناوری در جریان است، کامپوزیتهای الیاف کربن به دلیل عملکرد برتر خود، در طیف وسیعی از زمینهها نامی برای خود دست و پا میکنند. از کاربردهای سطح بالا در هوافضا گرفته تا نیازهای روزانه کالاهای ورزشی، کامپوزیتهای الیاف کربن پتانسیل بالایی از خود نشان دادهاند. با این حال، برای تهیه کامپوزیتهای الیاف کربن با عملکرد بالا، عملیات فعالسازی ...الیاف کربنیک گام حیاتی است.
تصویر میکروسکوپ الکترونی سطحی فیبر کربن
فیبر کربن، یک ماده فیبری با کارایی بالا، خواص جذاب زیادی دارد. این ماده عمدتاً از کربن تشکیل شده و دارای ساختار رشتهای کشیده است. از نظر ساختار سطحی، سطح فیبر کربن نسبتاً صاف است و گروههای عاملی فعال کمتری دارد. این به این دلیل است که در طول آمادهسازی فیبرهای کربن، کربنیزاسیون در دمای بالا و سایر عملیات، سطح فیبرهای کربن را به حالت بیاثرتری تبدیل میکند. این ویژگی سطحی، مجموعهای از چالشها را برای آمادهسازی کامپوزیتهای فیبر کربن به همراه دارد.
سطح صاف باعث میشود پیوند بین الیاف کربن و ماده زمینه ضعیف باشد. در تهیه کامپوزیتها، تشکیل پیوند قوی روی سطح ماده زمینه برای ماده زمینه دشوار است.فیبر کربنکه بر عملکرد کلی ماده کامپوزیت تأثیر میگذارد. ثانیاً، فقدان گروههای عاملی فعال، واکنش شیمیایی بین الیاف کربن و مواد ماتریس را محدود میکند. این امر باعث میشود پیوند سطحی بین این دو عمدتاً به اثرات فیزیکی مانند جاسازی مکانیکی و غیره متکی باشد که اغلب به اندازه کافی پایدار نیست و در صورت قرار گرفتن در معرض نیروهای خارجی مستعد جداسازی است.
نمودار شماتیک تقویت لایههای میانی پارچه الیاف کربنی توسط نانولولههای کربنی
برای حل این مشکلات، عملیات فعالسازی الیاف کربن ضروری میشود.الیاف کربنتغییرات قابل توجهی را در چندین جنبه نشان میدهد.
عملیات فعالسازی، زبری سطح الیاف کربن را افزایش میدهد. از طریق اکسیداسیون شیمیایی، عملیات پلاسما و سایر روشها، میتوان حفرهها و شیارهای کوچکی را روی سطح الیاف کربن ایجاد کرد و سطح را ناهموار ساخت. این سطح ناهموار، سطح تماس بین الیاف کربن و ماده زیرلایه را افزایش میدهد که پیوند مکانیکی بین این دو را بهبود میبخشد. هنگامی که ماده ماتریس به الیاف کربن متصل میشود، بهتر میتواند خود را در این ساختارهای ناهموار جای دهد و پیوند قویتری ایجاد کند.
عملیات فعالسازی میتواند گروههای عاملی واکنشپذیر فراوانی را روی سطح فیبر کربن ایجاد کند. این گروههای عاملی میتوانند با گروههای عاملی مربوطه در ماده ماتریس واکنش شیمیایی داده و پیوندهای شیمیایی تشکیل دهند. به عنوان مثال، عملیات اکسیداسیون میتواند گروههای هیدروکسیل، گروههای کربوکسیل و سایر گروههای عاملی را روی سطح فیبر کربن ایجاد کند که میتوانند با ... واکنش دهند.اپوکسیگروههایی در ماتریس رزین و غیره برای تشکیل پیوندهای کووالانسی. استحکام این پیوند شیمیایی بسیار بیشتر از پیوند فیزیکی است که استحکام پیوند سطحی بین فیبر کربن و ماده ماتریس را تا حد زیادی بهبود میبخشد.
انرژی سطحی فیبر کربن فعال نیز به طور قابل توجهی افزایش مییابد. افزایش انرژی سطحی، خیس شدن فیبر کربن توسط ماده ماتریس را آسانتر میکند و در نتیجه پخش و نفوذ ماده ماتریس روی سطح فیبر کربن را تسهیل میکند. در فرآیند تهیه کامپوزیتها، ماده ماتریس میتواند به طور یکنواختتری در اطراف الیاف کربن توزیع شود تا ساختاری متراکمتر تشکیل شود. این امر نه تنها خواص مکانیکی ماده کامپوزیت را بهبود میبخشد، بلکه سایر خواص آن مانند مقاومت در برابر خوردگی و پایداری حرارتی را نیز بهبود میبخشد.
الیاف کربن فعال مزایای متعددی برای تهیه کامپوزیتهای الیاف کربن دارند.
از نظر خواص مکانیکی، استحکام پیوند سطحی بین ذرات فعال شدهالیاف کربنو ماده ماتریس به میزان قابل توجهی بهبود یافته است، که کامپوزیتها را قادر میسازد تا تنشها را هنگام قرار گرفتن در معرض نیروهای خارجی بهتر منتقل کنند. این بدان معناست که خواص مکانیکی کامپوزیتها مانند استحکام و مدول به طور قابل توجهی بهبود یافته است. به عنوان مثال، در حوزه هوافضا که به خواص مکانیکی بسیار بالایی نیاز است، قطعات هواپیما ساخته شده با کامپوزیتهای فیبر کربن فعال قادر به تحمل بارهای پروازی بیشتر و بهبود ایمنی و قابلیت اطمینان هواپیما هستند. در زمینه کالاهای ورزشی، مانند فریم دوچرخه، چوب گلف و غیره، کامپوزیتهای فیبر کربن فعال میتوانند استحکام و سختی بهتری را فراهم کنند، در حالی که وزن را کاهش داده و تجربه ورزشکاران را بهبود میبخشند.
از نظر مقاومت در برابر خوردگی، به دلیل وجود گروههای عاملی واکنشپذیر روی سطح الیاف کربن فعال، این گروههای عاملی میتوانند پیوند شیمیایی پایدارتری با ماده زمینه تشکیل دهند و در نتیجه مقاومت در برابر خوردگی کامپوزیتها را بهبود بخشند. در برخی شرایط سخت محیطی، مانند محیط دریایی، صنایع شیمیایی و غیره، الیاف فعالشدهکامپوزیتهای الیاف کربنمیتواند در برابر فرسایش محیطهای خورنده مقاومت بهتری داشته باشد و عمر مفید را افزایش دهد. این امر برای برخی از تجهیزات و سازههایی که برای مدت طولانی در محیطهای سخت استفاده میشوند، از اهمیت بالایی برخوردار است.
از نظر پایداری حرارتی، پیوند سطحی خوب بین فیبر کربن فعال و ماده ماتریس میتواند پایداری حرارتی کامپوزیتها را بهبود بخشد. در محیطهای با دمای بالا، کامپوزیتها میتوانند خواص مکانیکی و پایداری ابعادی بهتری را حفظ کنند و کمتر مستعد تغییر شکل و آسیب باشند. این امر باعث میشود کامپوزیتهای فیبر کربن فعال، چشمانداز کاربرد گستردهای در کاربردهای دمای بالا، مانند قطعات موتور خودرو و قطعات انتهایی موتور هواپیما داشته باشند.
از نظر عملکرد پردازشی، الیاف کربن فعال فعالیت سطحی افزایش یافته و سازگاری بهتری با ماده زمینه دارند. این امر باعث میشود که ماده زمینه در طول آمادهسازی ماده کامپوزیت، نفوذ و پخت روی سطح فیبر کربن را آسانتر کند و در نتیجه راندمان پردازش و کیفیت محصول را بهبود بخشد. در عین حال، قابلیت طراحی کامپوزیتهای فیبر کربن فعال نیز افزایش یافته و به آنها اجازه میدهد تا برای کاربردهای مختلف سفارشیسازی شوند و انواع الزامات مهندسی پیچیده را برآورده سازند.
بنابراین، درمان فعالسازیالیاف کربنیک حلقه کلیدی در تهیه کامپوزیتهای فیبر کربن با کارایی بالا است. از طریق عملیات فعالسازی، میتوان ساختار سطح فیبر کربن را بهبود بخشید تا زبری سطح افزایش یابد، گروههای عاملی فعال ایجاد شود و انرژی سطحی بهبود یابد، به طوری که استحکام پیوند سطحی بین فیبر کربن و ماده ماتریس بهبود یابد و پایه و اساس تهیه کامپوزیتهای فیبر کربن با خواص مکانیکی عالی، مقاومت در برابر خوردگی، پایداری حرارتی و عملکرد پردازشی فراهم شود. با پیشرفت مداوم علم و فناوری، اعتقاد بر این است که فناوری فعالسازی فیبر کربن به نوآوری و توسعه ادامه خواهد داد و پشتیبانی قویتری را برای کاربرد گسترده کامپوزیتهای فیبر کربن فراهم میکند.
شرکت فناوری مواد جدید شانگهای اوریسن، با مسئولیت محدود
تلفن: +86 18683776368 (همچنین واتساپ)
تلفن: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
آدرس: NO.398 جاده سبز جدید، شهر شینبانگ، منطقه سونگجیانگ، شانگهای
زمان ارسال: سپتامبر-04-2024