Mūsdienu straujās tehnoloģiskās attīstības laikmetā oglekļa šķiedras kompozītmateriāli, pateicoties to izcilajai veiktspējai, iegūst arvien lielāku atpazīstamību plašā jomu klāstā. Sākot ar augstas klases pielietojumiem kosmosā un beidzot ar ikdienas sporta preču vajadzībām, oglekļa šķiedras kompozītmateriāli ir parādījuši lielu potenciālu. Tomēr, lai sagatavotu augstas veiktspējas oglekļa šķiedras kompozītmateriālus, ir nepieciešama aktivācijas apstrāde.oglekļa šķiedrasir izšķirošs solis.
Oglekļa šķiedras virsmas elektronmikroskopa attēls
Oglekļa šķiedra, augstas veiktspējas šķiedru materiāls, ir daudz pārliecinošu īpašību. Tā galvenokārt sastāv no oglekļa un tai ir iegarena pavedienveida struktūra. No virsmas struktūras viedokļa oglekļa šķiedras virsma ir relatīvi gluda un tajā ir mazāk aktīvo funkcionālo grupu. Tas ir saistīts ar faktu, ka oglekļa šķiedru sagatavošanas laikā augstas temperatūras karbonizācija un citas apstrādes padara oglekļa šķiedru virsmu inertāku. Šī virsmas īpašība rada virkni izaicinājumu oglekļa šķiedras kompozītu sagatavošanā.
Gludā virsma vājina saikni starp oglekļa šķiedru un matricas materiālu. Kompozītmateriālu izgatavošanā matricas materiālam ir grūti izveidot spēcīgu saiti uz materiāla virsmas.oglekļa šķiedra, kas ietekmē kompozītmateriāla kopējo veiktspēju. Otrkārt, aktīvo funkcionālo grupu trūkums ierobežo ķīmisko reakciju starp oglekļa šķiedrām un matricas materiāliem. Tas padara starpfāžu saiti starp abiem galvenokārt balstītu uz fiziskiem efektiem, piemēram, mehānisku iestrādāšanu utt., kas bieži vien nav pietiekami stabila un ir pakļauta atdalīšanai, pakļaujot to ārējiem spēkiem.
Oglekļa šķiedras auduma starpslāņu stiegrojuma shematiska diagramma ar oglekļa nanocaurulītēm
Lai atrisinātu šīs problēmas, nepieciešama oglekļa šķiedru aktivācijas apstrāde. Aktivētaoglekļa šķiedrasliecina par būtiskām izmaiņām vairākos aspektos.
Aktivācijas apstrāde palielina oglekļa šķiedru virsmas raupjumu. Izmantojot ķīmisko oksidēšanu, plazmas apstrādi un citas metodes, oglekļa šķiedru virsmā var iegravēt sīkas bedrītes un rievas, padarot virsmu raupju. Šī raupjā virsma palielina saskares laukumu starp oglekļa šķiedru un substrāta materiālu, kas uzlabo mehānisko saiti starp abiem. Kad matricas materiāls ir savienots ar oglekļa šķiedru, tas spēj labāk iestrādāties šajās raupjajās struktūrās, veidojot ciešāku saiti.
Aktivācijas apstrāde var ievadīt oglekļa šķiedras virsmā daudz reaģējošu funkcionālo grupu. Šīs funkcionālās grupas var ķīmiski reaģēt ar atbilstošajām funkcionālajām grupām matricas materiālā, veidojot ķīmiskās saites. Piemēram, oksidācijas apstrāde var ievadīt oglekļa šķiedru virsmā hidroksilgrupas, karboksilgrupas un citas funkcionālās grupas, kas var reaģēt arepoksīdsveķigrupas sveķu matricā un tā tālāk, veidojot kovalentās saites. Šīs ķīmiskās saites stiprums ir daudz lielāks nekā fiziskās saites stiprums, kas ievērojami uzlabo starpfāžu saites stiprumu starp oglekļa šķiedru un matricas materiālu.
Arī aktivētās ogles šķiedras virsmas enerģija ievērojami palielinās. Virsmas enerģijas palielināšanās atvieglo oglekļa šķiedras samitrināšanu ar matricas materiālu, tādējādi veicinot matricas materiāla izplatīšanos un iekļūšanu oglekļa šķiedras virsmā. Kompozītmateriālu sagatavošanas procesā matricas materiālu var vienmērīgāk sadalīt ap oglekļa šķiedrām, veidojot blīvāku struktūru. Tas ne tikai uzlabo kompozītmateriāla mehāniskās īpašības, bet arī uzlabo citas tā īpašības, piemēram, izturību pret koroziju un termisko stabilitāti.
Aktivētās ogles šķiedrām ir vairākas priekšrocības oglekļa šķiedru kompozītmateriālu ražošanā.
Runājot par mehāniskajām īpašībām, starpfāžu saites stiprība starp aktivētooglekļa šķiedrasun matricas materiāls ir ievērojami uzlabots, kas ļauj kompozītmateriāliem labāk pārnest spriegumus, pakļaujot tos ārējiem spēkiem. Tas nozīmē, ka kompozītmateriālu mehāniskās īpašības, piemēram, izturība un modulis, ir ievērojami uzlabotas. Piemēram, kosmosa jomā, kur nepieciešamas ārkārtīgi augstas mehāniskās īpašības, no aktivētās ogles šķiedras kompozītmateriāliem izgatavotas lidaparātu detaļas spēj izturēt lielākas lidojuma slodzes un uzlabot lidaparāta drošību un uzticamību. Sporta preču jomā, piemēram, velosipēdu rāmjos, golfa nūjās utt., aktivētās ogles šķiedras kompozītmateriāli var nodrošināt labāku izturību un stingrību, vienlaikus samazinot svaru un uzlabojot sportistu pieredzi.
Runājot par izturību pret koroziju, pateicoties reaktīvo funkcionālo grupu ieviešanai aktivētās ogles šķiedru virsmā, šīs funkcionālās grupas var veidot stabilāku ķīmisko saiti ar matricas materiālu, tādējādi uzlabojot kompozītu izturību pret koroziju. Dažos skarbos vides apstākļos, piemēram, jūras vidē, ķīmiskajā rūpniecībā utt., aktivētā ogleoglekļa šķiedras kompozītmateriālivar labāk pretoties korozīvu materiālu erozijai un pagarināt kalpošanas laiku. Tas ir ļoti svarīgi dažām iekārtām un konstrukcijām, kuras ilgstoši tiek izmantotas skarbos apstākļos.
Runājot par termisko stabilitāti, laba starpfāžu saite starp aktivēto ogļu šķiedru un matricas materiālu var uzlabot kompozītmateriālu termisko stabilitāti. Augstas temperatūras vidē kompozītmateriāli var saglabāt labākas mehāniskās īpašības un izmēru stabilitāti, kā arī ir mazāk pakļauti deformācijai un bojājumiem. Tas padara aktivēto ogļu šķiedru kompozītmateriālus plaši pielietojamus augstas temperatūras pielietojumos, piemēram, automobiļu dzinēju detaļās un aviācijas dzinēju karstā gala detaļās.
Runājot par apstrādes veiktspēju, aktivētās ogles šķiedrām ir paaugstināta virsmas aktivitāte un labāka saderība ar matricas materiālu. Tas atvieglo matricas materiāla iesūkšanos un sacietēšanu uz oglekļa šķiedras virsmas kompozītmateriāla sagatavošanas laikā, tādējādi uzlabojot apstrādes efektivitāti un produkta kvalitāti. Vienlaikus tiek uzlabota arī aktivētās ogles šķiedru kompozītmateriālu projektējamība, ļaujot tos pielāgot dažādiem pielietojumiem un izpildīt dažādas sarežģītas inženiertehniskās prasības.
Tāpēc aktivācijas apstrādeoglekļa šķiedrasir galvenā saikne augstas veiktspējas oglekļa šķiedras kompozītu sagatavošanā. Ar aktivācijas apstrādes palīdzību var uzlabot oglekļa šķiedras virsmas struktūru, palielinot virsmas raupjumu, ieviešot aktīvas funkcionālās grupas un uzlabojot virsmas enerģiju, lai uzlabotu starpfāžu saites stiprību starp oglekļa šķiedru un matricas materiālu un liktu pamatu oglekļa šķiedras kompozītu sagatavošanai ar izcilām mehāniskām īpašībām, izturību pret koroziju, termisko stabilitāti un apstrādes veiktspēju. Līdz ar nepārtrauktu zinātnes un tehnoloģiju attīstību tiek uzskatīts, ka oglekļa šķiedras aktivācijas tehnoloģija turpinās ieviest jauninājumus un attīstīties, nodrošinot spēcīgāku atbalstu oglekļa šķiedras kompozītu plašam pielietojumam.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd.
M: +86 18683776368 (arī WhatsApp)
Tālrunis: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adrese: NO.398 New Green Road, Xinbang Town, Songjiang District, Shanghai
Publicēšanas laiks: 2024. gada 4. septembris