In het huidige tijdperk van snelle technologische vooruitgang maken koolstofvezelcomposieten naam in een breed scala aan sectoren dankzij hun superieure prestaties. Van hoogwaardige toepassingen in de lucht- en ruimtevaart tot de dagelijkse behoeften van sportartikelen, koolstofvezelcomposieten hebben een groot potentieel getoond. Om hoogwaardige koolstofvezelcomposieten te produceren, is echter een activeringsbehandeling vankoolstofvezelsis een cruciale stap.
Koolstofvezel oppervlakte elektronenmicroscoop foto
Koolstofvezel, een hoogwaardig vezelmateriaal, heeft vele aantrekkelijke eigenschappen. Het bestaat voornamelijk uit koolstof en heeft een langwerpige, filamentachtige structuur. Wat de oppervlaktestructuur betreft, is het oppervlak van koolstofvezel relatief glad en bevat het minder actieve functionele groepen. Dit komt doordat tijdens de productie van koolstofvezels, carbonisatie bij hoge temperaturen en andere behandelingen het oppervlak van koolstofvezels in een meer inerte toestand verkeert. Deze oppervlakte-eigenschap brengt een reeks uitdagingen met zich mee bij de productie van koolstofvezelcomposieten.
Het gladde oppervlak maakt de verbinding tussen koolstofvezel en matrixmateriaal zwak. Bij de bereiding van composieten is het moeilijk voor het matrixmateriaal om een sterke verbinding te vormen op het oppervlak van de koolstofvezel.koolstofvezel, wat de algehele prestaties van het composietmateriaal beïnvloedt. Ten tweede beperkt het gebrek aan actieve functionele groepen de chemische reactie tussen koolstofvezels en matrixmaterialen. Hierdoor is de grensvlakbinding tussen beide voornamelijk afhankelijk van fysieke effecten, zoals mechanische inbedding, enz., die vaak niet stabiel genoeg zijn en vatbaar zijn voor loslating bij blootstelling aan externe krachten.
Schematisch diagram van de tussenlaagversterking van koolstofvezeldoek door koolstofnanobuisjes
Om deze problemen op te lossen, is een activeringsbehandeling van koolstofvezels noodzakelijk. Geactiveerdkoolstofvezelsvertonen op verschillende vlakken significante veranderingen.
Activeringsbehandeling verhoogt de oppervlakteruwheid van koolstofvezels. Door middel van chemische oxidatie, plasmabehandeling en andere methoden kunnen kleine putjes en groeven in het oppervlak van koolstofvezels worden geëtst, waardoor het oppervlak ruw wordt. Dit ruwe oppervlak vergroot het contactoppervlak tussen de koolstofvezel en het substraatmateriaal, wat de mechanische verbinding tussen beide verbetert. Wanneer het matrixmateriaal aan de koolstofvezel wordt gebonden, kan het zich beter in deze ruwe structuren nestelen en zo een sterkere verbinding vormen.
De activeringsbehandeling kan een overvloed aan reactieve functionele groepen op het oppervlak van de koolstofvezel introduceren. Deze functionele groepen kunnen chemisch reageren met de corresponderende functionele groepen in het matrixmateriaal om chemische bindingen te vormen. Oxidatiebehandeling kan bijvoorbeeld hydroxylgroepen, carboxylgroepen en andere functionele groepen op het oppervlak van koolstofvezels introduceren, die kunnen reageren met deepoxygroepen in de harsmatrix, enzovoort, om covalente bindingen te vormen. De sterkte van deze chemische binding is veel hoger dan die van fysieke binding, wat de grensvlakbinding tussen de koolstofvezel en het matrixmateriaal aanzienlijk verbetert.
De oppervlakte-energie van de actieve koolstofvezel neemt ook aanzienlijk toe. Deze toename maakt het gemakkelijker voor de koolstofvezel om door het matrixmateriaal te worden bevochtigd, waardoor de verspreiding en penetratie van het matrixmateriaal op het oppervlak van de koolstofvezel wordt vergemakkelijkt. Tijdens het productieproces van composieten kan het matrixmateriaal gelijkmatiger over de koolstofvezels worden verdeeld om een dichtere structuur te vormen. Dit verbetert niet alleen de mechanische eigenschappen van het composietmateriaal, maar ook de andere eigenschappen, zoals corrosiebestendigheid en thermische stabiliteit.
Actieve koolstofvezels bieden veel voordelen bij de vervaardiging van koolstofvezelcomposieten.
Wat betreft de mechanische eigenschappen, de grensvlakbindingssterkte tussen de geactiveerdekoolstofvezelsen het matrixmateriaal is sterk verbeterd, waardoor de composieten spanningen beter kunnen overbrengen wanneer ze worden blootgesteld aan externe krachten. Dit betekent dat de mechanische eigenschappen van composieten, zoals sterkte en modulus, aanzienlijk zijn verbeterd. In de lucht- en ruimtevaart bijvoorbeeld, waar extreem hoge mechanische eigenschappen vereist zijn, zijn vliegtuigonderdelen gemaakt met actieve koolstofvezelcomposieten bestand tegen hogere vliegbelastingen en verbeteren ze de veiligheid en betrouwbaarheid van het vliegtuig. In de sector van sportartikelen, zoals fietsframes, golfclubs, enz., kunnen actieve koolstofvezelcomposieten zorgen voor een betere sterkte en stijfheid, terwijl ze tegelijkertijd het gewicht verlagen en de ervaring van atleten verbeteren.
Wat corrosiebestendigheid betreft, kunnen reactieve functionele groepen op het oppervlak van actieve koolvezels een stabielere chemische binding met het matrixmateriaal vormen, waardoor de corrosiebestendigheid van de composieten verbetert. Onder zware omstandigheden, zoals in de zee, de chemische industrie, enz., kunnen de actieve koolvezels een stabielere chemische binding met het matrixmateriaal vormen.koolstofvezelcomposietenKan beter bestand zijn tegen erosie door corrosieve media en de levensduur verlengen. Dit is van groot belang voor sommige apparatuur en constructies die langdurig in zware omstandigheden worden gebruikt.
Wat thermische stabiliteit betreft, kan een goede grensvlakbinding tussen actieve koolvezel en matrixmateriaal de thermische stabiliteit van composieten verbeteren. Onder hoge temperaturen behouden de composieten betere mechanische eigenschappen en maatvastheid en zijn ze minder gevoelig voor vervorming en beschadiging. Dit maakt actieve koolvezelcomposieten breed toepasbaar in toepassingen met hoge temperaturen, zoals auto-onderdelen en hot-end onderdelen voor vliegtuigmotoren.
Wat betreft de verwerkingsprestaties hebben de actieve koolvezels een verhoogde oppervlakteactiviteit en een betere compatibiliteit met het matrixmateriaal. Dit maakt het gemakkelijker voor het matrixmateriaal om te infiltreren en uit te harden op het oppervlak van de koolstofvezel tijdens de bereiding van het composietmateriaal, wat de verwerkingsefficiëntie en productkwaliteit verbetert. Tegelijkertijd is de ontwerpbaarheid van de actieve koolvezelcomposieten verbeterd, waardoor ze kunnen worden aangepast aan verschillende toepassingen en kunnen voldoen aan een verscheidenheid aan complexe technische eisen.
Daarom is de activeringsbehandeling vankoolstofvezelsis een belangrijke schakel in de productie van hoogwaardige koolstofvezelcomposieten. Door de activeringsbehandeling kan de oppervlaktestructuur van koolstofvezels worden verbeterd om de oppervlakteruwheid te verhogen, actieve functionele groepen te introduceren en de oppervlakte-energie te verbeteren. Dit verbetert de hechtsterkte tussen koolstofvezel en matrixmateriaal en legt de basis voor de productie van koolstofvezelcomposieten met uitstekende mechanische eigenschappen, corrosiebestendigheid, thermische stabiliteit en verwerkingsprestaties. Met de voortdurende vooruitgang in wetenschap en technologie wordt verwacht dat de technologie voor koolstofvezelactivering zal blijven innoveren en zich zal ontwikkelen, wat een bredere ondersteuning zal bieden voor de brede toepassing van koolstofvezelcomposieten.
Shanghai Orisen Nieuwe Materiaaltechnologie Co., Ltd
M: +86 18683776368 (ook WhatsApp)
Tel: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adres: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Plaatsingstijd: 04-09-2024