Na era actual de rápidos avances tecnolóxicos, os materiais compostos de fibra de carbono están a facerse un nome nunha ampla gama de campos debido ao seu rendemento superior. Desde aplicacións de alta gama na industria aeroespacial ata as necesidades diarias de artigos deportivos, os materiais compostos de fibra de carbono demostraron un gran potencial. Non obstante, para preparar materiais compostos de fibra de carbono de alto rendemento, o tratamento de activación defibras de carbonoé un paso crucial.
Imaxe do microscopio electrónico de superficie de fibra de carbono
A fibra de carbono, un material de fibra de alto rendemento, ten moitas propiedades atractivas. Está composta principalmente de carbono e ten unha estrutura filamentosa alongada. Desde o punto de vista da estrutura superficial, a superficie da fibra de carbono é relativamente lisa e ten menos grupos funcionais activos. Isto débese ao feito de que durante a preparación das fibras de carbono, a carbonización a alta temperatura e outros tratamentos fan que a superficie das fibras de carbono presente un estado máis inerte. Esta propiedade superficial supón unha serie de desafíos para a preparación de materiais compostos de fibra de carbono.
A superficie lisa fai que a unión entre a fibra de carbono e o material da matriz sexa débil. Na preparación de materiais compostos, é difícil que o material da matriz forme unha unión forte na superficie dafibra de carbono, o que afecta o rendemento xeral do material composto. En segundo lugar, a falta de grupos funcionais activos limita a reacción química entre as fibras de carbono e os materiais da matriz. Isto fai que a unión interfacial entre ambos dependa principalmente de efectos físicos, como a incrustación mecánica, etc., que a miúdo non é o suficientemente estable e é propensa á separación cando se somete a forzas externas.
Diagrama esquemático do reforzo intercapa de tecido de fibra de carbono mediante nanotubos de carbono
Para resolver estes problemas, faise necesario o tratamento de activación das fibras de carbono. Activadofibras de carbonomostran cambios significativos en varios aspectos.
O tratamento de activación aumenta a rugosidade superficial das fibras de carbono. Mediante a oxidación química, o tratamento con plasma e outros métodos, pódense gravar pequenos buratos e ranuras na superficie das fibras de carbono, o que fai que a superficie sexa rugosa. Esta superficie rugosa aumenta a área de contacto entre a fibra de carbono e o material do substrato, o que mellora a unión mecánica entre ambos. Cando o material da matriz se une á fibra de carbono, é máis capaz de integrarse mellor nestas estruturas rugosas, formando unha unión máis forte.
O tratamento de activación pode introducir unha abundancia de grupos funcionais reactivos na superficie da fibra de carbono. Estes grupos funcionais poden reaccionar quimicamente cos grupos funcionais correspondentes no material da matriz para formar enlaces químicos. Por exemplo, o tratamento de oxidación pode introducir grupos hidroxilo, grupos carboxilo e outros grupos funcionais na superficie das fibras de carbono, que poden reaccionar coepoxigrupos na matriz de resina e así sucesivamente para formar enlaces covalentes. A forza desta unión química é moito maior que a da unión física, o que mellora considerablemente a forza da unión interfacial entre a fibra de carbono e o material da matriz.
A enerxía superficial da fibra de carbono activado tamén aumenta significativamente. O aumento da enerxía superficial facilita que a fibra de carbono sexa humedecida polo material da matriz, facilitando así a súa extensión e penetración na superficie da fibra de carbono. No proceso de preparación de materiais compostos, o material da matriz pode distribuírse de forma máis uniforme arredor das fibras de carbono para formar unha estrutura máis densa. Isto non só mellora as propiedades mecánicas do material composto, senón que tamén mellora outras propiedades, como a resistencia á corrosión e a estabilidade térmica.
As fibras de carbón activado teñen múltiples vantaxes para a preparación de materiais compostos de fibra de carbono.
En termos de propiedades mecánicas, a forza de unión interfacial entre o activadofibras de carbonoe o material da matriz mellorouse moito, o que permite que os materiais compostos transfiran mellor as tensións cando se someten a forzas externas. Isto significa que as propiedades mecánicas dos materiais compostos, como a resistencia e o módulo, melloran significativamente. Por exemplo, no campo aeroespacial, que require propiedades mecánicas extremadamente altas, as pezas de aeronaves fabricadas con materiais compostos de fibra de carbono activado son capaces de soportar maiores cargas de voo e mellorar a seguridade e a fiabilidade da aeronave. No campo dos artigos deportivos, como cadros de bicicletas, paus de golf, etc., os materiais compostos de fibra de carbono activado poden proporcionar unha mellor resistencia e rixidez, ao tempo que reducen o peso e melloran a experiencia dos atletas.
En termos de resistencia á corrosión, debido á introdución de grupos funcionais reactivos na superficie das fibras de carbono activado, estes grupos funcionais poden formar enlaces químicos máis estables co material da matriz, mellorando así a resistencia á corrosión dos materiais compostos. Nalgunhas condicións ambientais adversas, como o medio mariño, a industria química, etc., os grupos funcionais activadoscompostos de fibra de carbonopode resistir mellor a erosión dos medios corrosivos e prolongar a vida útil. Isto é de grande importancia para algúns equipos e estruturas que se usan en ambientes agresivos durante moito tempo.
En termos de estabilidade térmica, unha boa unión interfacial entre a fibra de carbono activado e o material da matriz pode mellorar a estabilidade térmica dos materiais compostos. En ambientes de alta temperatura, os materiais compostos poden manter mellores propiedades mecánicas e estabilidade dimensional, e son menos propensos a deformacións e danos. Isto fai que os materiais compostos de fibra de carbono activado teñan amplas perspectivas de aplicación en aplicacións de alta temperatura, como pezas de motores de automóbiles e pezas de extremo quente de motores de aviación.
En termos de rendemento de procesamento, as fibras de carbono activado teñen unha maior actividade superficial e unha mellor compatibilidade co material da matriz. Isto facilita que o material da matriz se infiltre e cure na superficie da fibra de carbono durante a preparación do material composto, mellorando así a eficiencia do procesamento e a calidade do produto. Ao mesmo tempo, tamén se mellora a capacidade de deseño dos compostos de fibra de carbono activado, o que permite personalizalos para diferentes aplicacións e cumprir unha variedade de requisitos de enxeñaría complexos.
Polo tanto, o tratamento de activación defibras de carbonoé un elo clave na preparación de materiais compostos de fibra de carbono de alto rendemento. Mediante o tratamento de activación, pódese mellorar a estrutura superficial da fibra de carbono para aumentar a rugosidade superficial, introducir grupos funcionais activos e mellorar a enerxía superficial, para así mellorar a forza de unión interfacial entre a fibra de carbono e o material da matriz e sentar as bases para a preparación de materiais compostos de fibra de carbono con excelentes propiedades mecánicas, resistencia á corrosión, estabilidade térmica e rendemento de procesamento. Co progreso continuo da ciencia e a tecnoloxía, crese que a tecnoloxía de activación da fibra de carbono seguirá innovando e desenvolvéndose, proporcionando un apoio máis forte para a ampla aplicación dos materiais compostos de fibra de carbono.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd.
M: +86 18683776368 (tamén por WhatsApp)
Teléfono: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Enderezo: NO.398 New Green Road, cidade de Xinbang, distrito de Songjiang, Shanghai
Data de publicación: 04-09-2024