I dagens tid med rask teknologisk utvikling, gjør karbonfiberkompositter seg bemerket innen en rekke felt på grunn av sin overlegne ytelse. Fra avanserte applikasjoner innen luftfart til daglige behov for sportsutstyr, har karbonfiberkompositter vist et stort potensial. For å fremstille høytytende karbonfiberkompositter, er aktiveringsbehandling avkarbonfibreer et avgjørende skritt.
Bilde av elektronmikroskop med karbonfiberoverflate
Karbonfiber, et høypresterende fibermateriale, har mange overbevisende egenskaper. Det består hovedsakelig av karbon og har en langstrakt filamentstruktur. Fra et overflatestrukturperspektiv er overflaten til karbonfiber relativt glatt og har færre aktive funksjonelle grupper. Dette skyldes at høytemperaturkarbonisering og andre behandlinger under fremstillingen av karbonfibre gjør at overflaten av karbonfibrene fremstår i en mer inert tilstand. Denne overflateegenskapen bringer en rekke utfordringer med seg ved fremstillingen av karbonfiberkompositter.
Den glatte overflaten gjør bindingen mellom karbonfiber og matriksmateriale svak. Ved fremstilling av kompositter er det vanskelig for matriksmaterialet å danne en sterk binding på overflaten avkarbonfiber, noe som påvirker komposittmaterialets generelle ytelse. For det andre begrenser mangelen på aktive funksjonelle grupper den kjemiske reaksjonen mellom karbonfibre og matriksmaterialer. Dette gjør at grenseflatebindingen mellom de to hovedsakelig er avhengig av fysiske effekter, som mekanisk innebygging, etc., som ofte ikke er stabil nok og er utsatt for separasjon når den utsettes for ytre krefter.
Skjematisk diagram av mellomlagsforsterkning av karbonfiberduk med karbonnanorør
For å løse disse problemene blir aktiveringsbehandling av karbonfibre nødvendig. Aktivertkarbonfibreviser betydelige endringer på flere områder.
Aktiveringsbehandling øker overflateruheten til karbonfibre. Gjennom kjemisk oksidasjon, plasmabehandling og andre metoder kan små groper og spor etses inn i overflaten av karbonfibre, noe som gjør overflaten ru. Denne ru overflaten øker kontaktområdet mellom karbonfiberen og substratmaterialet, noe som forbedrer den mekaniske bindingen mellom de to. Når matriksmaterialet er bundet til karbonfiberen, er det bedre i stand til å feste seg til disse ru strukturene og danne en sterkere binding.
Aktiveringsbehandlingen kan introdusere en overflod av reaktive funksjonelle grupper på overflaten av karbonfiberen. Disse funksjonelle gruppene kan reagere kjemisk med de tilsvarende funksjonelle gruppene i matriksmaterialet for å danne kjemiske bindinger. For eksempel kan oksidasjonsbehandling introdusere hydroksylgrupper, karboksylgrupper og andre funksjonelle grupper på overflaten av karbonfibre, som kan reagere medepoksygrupper i harpiksmatrisen og så videre for å danne kovalente bindinger. Styrken til denne kjemiske bindingen er mye høyere enn den til fysisk binding, noe som forbedrer grenseflatebindingsstyrken mellom karbonfiberen og matrisematerialet betraktelig.
Overflateenergien til den aktiverte karbonfiberen øker også betydelig. Økningen i overflateenergi gjør det lettere for karbonfiberen å bli fuktet av matriksmaterialet, og dermed letter spredning og penetrering av matriksmaterialet på overflaten av karbonfiberen. I prosessen med å fremstille kompositter kan matriksmaterialet fordeles jevnere rundt karbonfibrene for å danne en tettere struktur. Dette forbedrer ikke bare de mekaniske egenskapene til komposittmaterialet, men forbedrer også dets andre egenskaper, som korrosjonsbestandighet og termisk stabilitet.
Aktiverte karbonfibre har flere fordeler for fremstilling av karbonfiberkompositter.
Når det gjelder mekaniske egenskaper, er grenseflatebindingsstyrken mellom det aktivertekarbonfibreog matrisematerialet er kraftig forbedret, noe som gjør at komposittene bedre kan overføre spenninger når de utsettes for ytre krefter. Dette betyr at de mekaniske egenskapene til komposittene, som styrke og modul, forbedres betydelig. For eksempel, innen luftfartsfeltet, som krever ekstremt høye mekaniske egenskaper, er flydeler laget med kompositter av aktivt karbonfiber i stand til å tåle større flybelastninger og forbedre flyets sikkerhet og pålitelighet. Innen sportsutstyr, som sykkelrammer, golfkøller osv., kan kompositter av aktivt karbonfiber gi bedre styrke og stivhet, samtidig som de reduserer vekten og forbedrer utøvernes opplevelse.
Når det gjelder korrosjonsbestandighet, kan disse funksjonelle gruppene danne mer stabile kjemiske bindinger med matriksmaterialet på grunn av introduksjonen av reaktive funksjonelle grupper på overflaten av aktiverte karbonfibre, og dermed forbedre korrosjonsbestandigheten til komposittene. Under noen tøffe miljøforhold, som marint miljø, kjemisk industri osv., kan den aktivertekarbonfiberkompositterkan bedre motstå erosjon fra korrosive medier og forlenge levetiden. Dette er av stor betydning for noe utstyr og konstruksjoner som brukes i tøffe miljøer over lengre tid.
Når det gjelder termisk stabilitet, kan god grenseflatebinding mellom aktivt karbonfiber og matriksmateriale forbedre den termiske stabiliteten til kompositter. Under høye temperaturer kan komposittene opprettholde bedre mekaniske egenskaper og dimensjonsstabilitet, og er mindre utsatt for deformasjon og skade. Dette gjør at aktivt karbonfiberkompositter har brede bruksmuligheter i høytemperaturapplikasjoner, for eksempel bilmotordeler og varme deler i flymotorer.
Når det gjelder prosesseringsytelse, har aktiverte karbonfibre økt overflateaktivitet og bedre kompatibilitet med matriksmaterialet. Dette gjør det lettere for matriksmaterialet å infiltrere og herde på overflaten av karbonfiberen under fremstillingen av komposittmaterialet, og dermed forbedres prosesseringseffektiviteten og produktkvaliteten. Samtidig forbedres også designbarheten til aktiverte karbonfiberkompositter, slik at de kan tilpasses for forskjellige bruksområder og oppfylle en rekke komplekse ingeniørkrav.
Derfor aktiveringsbehandling avkarbonfibreer en nøkkelledd i fremstillingen av høypresterende karbonfiberkompositter. Gjennom aktiveringsbehandlingen kan overflatestrukturen til karbonfiber forbedres for å øke overflateruheten, introdusere aktive funksjonelle grupper og forbedre overflateenergien, for å forbedre grenseflatebindingsstyrken mellom karbonfiber og matriksmateriale, og legge grunnlaget for fremstilling av karbonfiberkompositter med utmerkede mekaniske egenskaper, korrosjonsbestandighet, termisk stabilitet og prosesseringsytelse. Med kontinuerlig fremgang innen vitenskap og teknologi antas det at karbonfiberaktiveringsteknologi vil fortsette å innovere og utvikle seg, noe som gir sterkere støtte til den brede anvendelsen av karbonfiberkompositter.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd.
M: +86 18683776368 (også whatsapp)
Tlf.: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresse: NO.398 New Green Road, Xinbang Town, Songjiang-distriktet, Shanghai
Publisert: 04.09.2024