U današnjem dobu brzog tehnološkog napretka, kompoziti od karbonskih vlakana stječu ime u širokom rasponu područja zahvaljujući svojim vrhunskim performansama. Od vrhunskih primjena u zrakoplovstvu do svakodnevnih potreba sportske opreme, kompoziti od karbonskih vlakana pokazali su veliki potencijal. Međutim, za pripremu visokoučinkovitih kompozita od karbonskih vlakana, aktivacijska obradakarbonska vlaknaje ključan korak.
Slika elektronskog mikroskopa na površini karbonskih vlakana
Karbonska vlakna, visokoučinkoviti vlaknasti materijal, imaju mnoga uvjerljiva svojstva. Uglavnom se sastoje od ugljika i imaju izduženu filamentarnu strukturu. S gledišta površinske strukture, površina karbonskih vlakana je relativno glatka i ima manje aktivnih funkcionalnih skupina. To je zbog činjenice da tijekom pripreme karbonskih vlakana, karbonizacija na visokim temperaturama i drugi tretmani čine površinu karbonskih vlakana inertnijim stanjem. Ovo površinsko svojstvo donosi niz izazova u pripremi kompozita od karbonskih vlakana.
Glatka površina slabi vezu između karbonskih vlakana i matričnog materijala. Prilikom pripreme kompozita, matričnom materijalu je teško formirati jaku vezu na površini...karbonska vlakna, što utječe na ukupne performanse kompozitnog materijala. Drugo, nedostatak aktivnih funkcionalnih skupina ograničava kemijsku reakciju između ugljičnih vlakana i matričnih materijala. Zbog toga se međufazno vezanje između njih uglavnom oslanja na fizičke učinke, poput mehaničkog ugrađivanja itd., koji često nisu dovoljno stabilni i skloni su odvajanju kada su izloženi vanjskim silama.
Shematski dijagram međuslojnog ojačanja tkanine od karbonskih vlakana ugljikovim nanocjevčicama
Kako bi se riješili ovi problemi, potrebna je aktivacijska obrada karbonskih vlakana.karbonska vlaknapokazuju značajne promjene u nekoliko aspekata.
Aktivacijska obrada povećava hrapavost površine karbonskih vlakana. Kemijskom oksidacijom, plazma obradom i drugim metodama, sitne udubine i žljebovi mogu se urezati u površinu karbonskih vlakana, čineći površinu hrapavom. Ova hrapava površina povećava kontaktnu površinu između karbonskih vlakana i materijala podloge, što poboljšava mehaničku vezu između njih. Kada se matrični materijal veže za karbonska vlakna, bolje se može ugraditi u te hrapave strukture, stvarajući jaču vezu.
Aktivacijska obrada može uvesti obilje reaktivnih funkcionalnih skupina na površinu karbonskih vlakana. Ove funkcionalne skupine mogu kemijski reagirati s odgovarajućim funkcionalnim skupinama u matričnom materijalu stvarajući kemijske veze. Na primjer, oksidacijska obrada može uvesti hidroksilne skupine, karboksilne skupine i druge funkcionalne skupine na površinu karbonskih vlakana, koje mogu reagirati sepoksidskupine u matrici smole i tako dalje kako bi se formirale kovalentne veze. Čvrstoća ove kemijske veze je mnogo veća od fizičke veze, što uvelike poboljšava čvrstoću međupovršinske veze između ugljičnih vlakana i materijala matrice.
Površinska energija aktivnog ugljičnog vlakna također se značajno povećava. Povećanje površinske energije olakšava vlaženje ugljičnih vlakana matricnim materijalom, čime se olakšava širenje i prodiranje matricnog materijala na površinu ugljičnih vlakana. U procesu pripreme kompozita, matricni materijal može se ravnomjernije rasporediti oko ugljičnih vlakana kako bi se formirala gušća struktura. To ne samo da poboljšava mehanička svojstva kompozitnog materijala, već i poboljšava njegova druga svojstva, poput otpornosti na koroziju i toplinske stabilnosti.
Aktivna ugljena vlakna imaju višestruke prednosti za pripremu kompozita od karbonskih vlakana.
Što se tiče mehaničkih svojstava, čvrstoća međufazne veze između aktiviranihkarbonska vlaknai materijal matrice je znatno poboljšan, što omogućuje kompozitima bolji prijenos naprezanja kada su izloženi vanjskim silama. To znači da su mehanička svojstva kompozita poput čvrstoće i modula značajno poboljšana. Na primjer, u zrakoplovnom području, koje zahtijeva izuzetno visoka mehanička svojstva, dijelovi zrakoplova izrađeni od kompozita od aktivnih ugljičnih vlakana mogu izdržati veća opterećenja leta i poboljšati sigurnost i pouzdanost zrakoplova. U području sportske opreme, kao što su okviri bicikala, palice za golf itd., kompoziti od aktivnih ugljičnih vlakana mogu pružiti bolju čvrstoću i krutost, a istovremeno smanjiti težinu i poboljšati iskustvo sportaša.
Što se tiče otpornosti na koroziju, zbog uvođenja reaktivnih funkcionalnih skupina na površinu vlakana aktivnog ugljika, te funkcionalne skupine mogu formirati stabilnije kemijske veze s matričnim materijalom, čime se poboljšava otpornost kompozita na koroziju. U nekim teškim uvjetima okoline, kao što su morski okoliš, kemijska industrija itd., aktiviranikompoziti od karbonskih vlakanamogu bolje odoljeti eroziji korozivnih medija i produžiti vijek trajanja. To je od velikog značaja za neku opremu i konstrukcije koje se dugo koriste u teškim uvjetima.
Što se tiče toplinske stabilnosti, dobro međupovršinsko povezivanje između aktivnih ugljičnih vlakana i matričnog materijala može poboljšati toplinsku stabilnost kompozita. U uvjetima visoke temperature, kompoziti mogu održati bolja mehanička svojstva i dimenzijsku stabilnost te su manje skloni deformacijama i oštećenjima. Zbog toga kompoziti s aktivnim ugljičnim vlaknima imaju široke mogućnosti primjene u visokotemperaturnim primjenama, kao što su dijelovi automobilskih motora i dijelovi vrućih dijelova zrakoplovnih motora.
Što se tiče performansi obrade, vlakna aktivnog ugljika imaju povećanu površinsku aktivnost i bolju kompatibilnost s matričnim materijalom. To olakšava matričnom materijalu infiltraciju i stvrdnjavanje na površini ugljičnih vlakana tijekom pripreme kompozitnog materijala, čime se poboljšava učinkovitost obrade i kvaliteta proizvoda. Istovremeno, poboljšava se i mogućnost dizajniranja kompozita od vlakana aktivnog ugljika, što im omogućuje prilagodbu različitim primjenama i zadovoljavanje raznih složenih inženjerskih zahtjeva.
Stoga, aktivacijski tretmankarbonska vlaknaje ključna karika u pripremi visokoučinkovitih kompozita od karbonskih vlakana. Aktivacijskim tretmanom može se poboljšati površinska struktura karbonskih vlakana kako bi se povećala hrapavost površine, uvele aktivne funkcionalne skupine i poboljšala površinska energija, te se tako poboljšala čvrstoća međupovršinske veze između karbonskih vlakana i matričnog materijala te postavili temelji za pripremu kompozita od karbonskih vlakana s izvrsnim mehaničkim svojstvima, otpornošću na koroziju, toplinskom stabilnošću i performansama obrade. S kontinuiranim napretkom znanosti i tehnologije, vjeruje se da će se tehnologija aktivacije karbonskih vlakana nastaviti inovirati i razvijati, pružajući jaču podršku širokoj primjeni kompozita od karbonskih vlakana.
Šangaj Orisen New Material Technology Co., Ltd.
M: +86 18683776368 (također WhatsApp)
Tel: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresa: br. 398 New Green Road, grad Xinbang, okrug Songjiang, Šangaj
Vrijeme objave: 04.09.2024.