Nykypäivän nopean teknologisen kehityksen aikakaudella hiilikuitukomposiitit tekevät itselleen nimeä monilla aloilla erinomaisen suorituskykynsä ansiosta. Huippuluokan ilmailu- ja avaruussovelluksista urheiluvälineiden päivittäisiin tarpeisiin hiilikuitukomposiitit ovat osoittaneet suurta potentiaalia. Korkean suorituskyvyn omaavien hiilikuitukomposiittien valmistamiseksi tarvitaan kuitenkin aktivointikäsittelyä...hiilikuiduton ratkaiseva askel.
Hiilikuitupintaelektronimikroskoopin kuva
Hiilikuitu, erittäin suorituskykyinen kuitumateriaali, omaa monia houkuttelevia ominaisuuksia. Se koostuu pääasiassa hiilestä ja sillä on pitkänomainen säiemäinen rakenne. Pintarakenteen kannalta hiilikuidun pinta on suhteellisen sileä ja siinä on vähemmän aktiivisia funktionaalisia ryhmiä. Tämä johtuu siitä, että hiilikuitujen valmistuksen aikana korkean lämpötilan hiiletys ja muut käsittelyt tekevät hiilikuitujen pinnasta inertimmän. Tämä pintaominaisuus tuo mukanaan useita haasteita hiilikuitukomposiittien valmistukselle.
Sileä pinta heikentää hiilikuidun ja matriisimateriaalin välistä sidosta. Komposiittien valmistuksessa matriisimateriaalin on vaikea muodostaa vahvaa sidosta komposiittien pinnalle.hiilikuitu, mikä vaikuttaa komposiittimateriaalin kokonaissuorituskykyyn. Toiseksi aktiivisten funktionaalisten ryhmien puute rajoittaa hiilikuitujen ja matriisimateriaalien välistä kemiallista reaktiota. Tämän vuoksi rajapintasidos näiden kahden välillä perustuu pääasiassa fysikaalisiin vaikutuksiin, kuten mekaaniseen upotukseen jne., joka ei usein ole riittävän vakaa ja on altis irtoamiselle ulkoisten voimien vaikutuksesta.
Kaaviokuva hiilikuitukankaan välikerrosten vahvistamisesta hiilinanoputkilla
Näiden ongelmien ratkaisemiseksi hiilikuitujen aktivointikäsittely on välttämätöntä. Aktivoituhiilikuidutosoittavat merkittäviä muutoksia useilla osa-alueilla.
Aktivointikäsittely lisää hiilikuitujen pinnan karheutta. Kemiallisen hapetuksen, plasmakäsittelyn ja muiden menetelmien avulla hiilikuitujen pintaan voidaan syövyttää pieniä kuoppia ja uria, jotka tekevät pinnasta karhean. Tämä karhea pinta lisää hiilikuidun ja alustamateriaalin välistä kosketuspinta-alaa, mikä parantaa niiden välistä mekaanista sidosta. Kun matriisimateriaali sitoutuu hiilikuituun, se pystyy paremmin kiinnittymään näihin karkeisiin rakenteisiin muodostaen vahvemman sidoksen.
Aktivointikäsittely voi tuoda hiilikuidun pinnalle runsaasti reaktiivisia funktionaalisia ryhmiä. Nämä funktionaaliset ryhmät voivat reagoida kemiallisesti matriisimateriaalin vastaavien funktionaalisten ryhmien kanssa muodostaen kemiallisia sidoksia. Esimerkiksi hapetuskäsittely voi tuoda hiilikuitujen pinnalle hydroksyyliryhmiä, karboksyyliryhmiä ja muita funktionaalisia ryhmiä, jotka voivat reagoida...epoksihartsimatriisin ryhmiä ja niin edelleen muodostaen kovalenttisia sidoksia. Tämän kemiallisen sidoksen lujuus on paljon suurempi kuin fyysisen sidoksen, mikä parantaa huomattavasti hiilikuidun ja matriisimateriaalin välistä rajapinnan sidoslujuutta.
Myös aktiivihiilikuidun pintaenergia kasvaa merkittävästi. Pintaenergian kasvu helpottaa hiilikuidun kostuttamista matriisimateriaalilla, mikä helpottaa matriisimateriaalin leviämistä ja tunkeutumista hiilikuidun pinnalle. Komposiittien valmistusprosessissa matriisimateriaali voidaan jakaa tasaisemmin hiilikuitujen ympärille tiheämmän rakenteen muodostamiseksi. Tämä paitsi parantaa komposiittimateriaalin mekaanisia ominaisuuksia, myös sen muita ominaisuuksia, kuten korroosionkestävyyttä ja lämmönkestävyyttä.
Aktiivihiilikuiduilla on useita etuja hiilikuitukomposiittien valmistuksessa.
Mekaanisten ominaisuuksien osalta aktivoidun ja sen välisen rajapinnan sidoslujuudenhiilikuidutja matriisimateriaalia parannetaan huomattavasti, mikä mahdollistaa komposiittien paremman rasitusten siirron ulkoisten voimien vaikutuksesta. Tämä tarkoittaa, että komposiittien mekaaniset ominaisuudet, kuten lujuus ja moduuli, paranevat merkittävästi. Esimerkiksi ilmailu- ja avaruusalalla, jossa vaaditaan erittäin korkeita mekaanisia ominaisuuksia, aktiivihiilikuitukomposiiteista valmistetut lentokoneiden osat kestävät suurempia lentokuormia ja parantavat lentokoneiden turvallisuutta ja luotettavuutta. Urheiluvälineiden, kuten polkupyörän rungojen ja golfmailojen, alalla aktiivihiilikuitukomposiitit voivat tarjota paremman lujuuden ja jäykkyyden samalla vähentäen painoa ja parantaen urheilijoiden kokemusta.
Korroosionkestävyyden kannalta aktiivihiilikuitujen pinnalle lisättyjen reaktiivisten funktionaalisten ryhmien ansiosta nämä funktionaaliset ryhmät voivat muodostaa vakaamman kemiallisen sidoksen matriisimateriaaliin, mikä parantaa komposiittien korroosionkestävyyttä. Joissakin ankarissa ympäristöolosuhteissa, kuten meriympäristössä, kemianteollisuudessa jne., aktivoituhiilikuitukomposiititkestää paremmin syövyttävien aineiden eroosiota ja pidentää käyttöikää. Tällä on suuri merkitys joillekin laitteille ja rakenteille, joita käytetään pitkään ankarissa olosuhteissa.
Lämpökestävyyden kannalta aktiivihiilikuidun ja matriisimateriaalin välinen hyvä rajapintasidos voi parantaa komposiittien lämpökestävyyttä. Korkeissa lämpötiloissa komposiitit säilyttävät paremmat mekaaniset ominaisuudet ja mittapysyvyyden, ja ne ovat vähemmän alttiita muodonmuutoksille ja vaurioille. Tämän ansiosta aktiivihiilikuitukomposiiteilla on laaja käyttöalue korkean lämpötilan sovelluksissa, kuten autojen moottorien osissa ja lentokoneiden moottoreiden kuumien osien valmistuksessa.
Prosessointitehon osalta aktiivihiilikuitujen pinta-aktiivisuus on lisääntynyt ja ne ovat paremmin yhteensopivia matriisimateriaalin kanssa. Tämä helpottaa matriisimateriaalin tunkeutumista ja kovettumista hiilikuidun pinnalle komposiittimateriaalin valmistuksen aikana, mikä parantaa prosessointitehokkuutta ja tuotteen laatua. Samalla aktiivihiilikuitukomposiittien suunnitteluominaisuudet paranevat, minkä ansiosta niitä voidaan räätälöidä erilaisiin sovelluksiin ja täyttää monimutkaiset tekniset vaatimukset.
Siksi aktivointikäsittelyhiilikuiduton keskeinen lenkki korkean suorituskyvyn hiilikuitukomposiittien valmistuksessa. Aktivointikäsittelyn avulla hiilikuidun pintarakennetta voidaan parantaa pinnan karheuden lisäämiseksi, aktiivisten funktionaalisten ryhmien lisäämiseksi ja pintaenergian parantamiseksi, mikä parantaa hiilikuidun ja matriisimateriaalin välistä rajapinnan sidoslujuutta ja luo pohjan hiilikuitukomposiittien valmistukselle, joilla on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, korroosionkestävyys, lämmönkestävyys ja prosessointikyky. Tieteen ja teknologian jatkuvan kehityksen myötä uskotaan, että hiilikuituaktivointiteknologia jatkaa innovointia ja kehitystä, mikä tarjoaa vahvemman tuen hiilikuitukomposiittien laajalle käytölle.
Shanghai Orisenin uusi materiaaliteknologia Co., Ltd.
M: +86 18683776368 (myös WhatsAppissa)
Puh: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Osoite: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiangin piiri, Shanghai
Julkaisun aika: 04.09.2024