În era actuală a progresului tehnologic rapid, compozitele din fibră de carbon își fac un nume într-o gamă largă de domenii datorită performanței lor superioare. De la aplicații de înaltă performanță în industria aerospațială până la nevoile zilnice ale articolelor sportive, compozitele din fibră de carbon au demonstrat un mare potențial. Cu toate acestea, pentru a prepara compozite din fibră de carbon de înaltă performanță, tratamentul de activare al...fibre de carboneste un pas crucial.
Imagine cu microscop electronic de suprafață din fibră de carbon
Fibra de carbon, un material fibros de înaltă performanță, are multe proprietăți convingătoare. Este compusă în principal din carbon și are o structură filamentară alungită. Din punctul de vedere al structurii suprafeței, suprafața fibrei de carbon este relativ netedă și are mai puține grupe funcționale active. Acest lucru se datorează faptului că, în timpul preparării fibrelor de carbon, carbonizarea la temperaturi ridicate și alte tratamente fac ca suprafața fibrelor de carbon să prezinte o stare mai inertă. Această proprietate a suprafeței aduce o serie de provocări în prepararea compozitelor din fibră de carbon.
Suprafața netedă face ca legătura dintre fibra de carbon și materialul matricei să fie slabă. În prepararea compozitelor, este dificil ca materialul matricei să formeze o legătură puternică pe suprafața...fibră de carbon, ceea ce afectează performanța generală a materialului compozit. În al doilea rând, lipsa grupurilor funcționale active limitează reacția chimică dintre fibrele de carbon și materialele matriceale. Acest lucru face ca legătura interfacială dintre cele două să se bazeze în principal pe efecte fizice, cum ar fi încorporarea mecanică etc., care adesea nu este suficient de stabilă și este predispusă la separare atunci când este supusă forțelor externe.
Schema de armare interstratificată a țesăturii din fibră de carbon cu nanotuburi de carbon
Pentru a rezolva aceste probleme, devine necesar tratamentul de activare a fibrelor de carbon.fibre de carbonprezintă schimbări semnificative în mai multe aspecte.
Tratamentul de activare crește rugozitatea suprafeței fibrelor de carbon. Prin oxidare chimică, tratament cu plasmă și alte metode, se pot grava mici gropi și caneluri în suprafața fibrelor de carbon, făcând suprafața rugoasă. Această suprafață rugoasă mărește aria de contact dintre fibra de carbon și materialul substratului, ceea ce îmbunătățește legătura mecanică dintre cele două. Atunci când materialul matricei este lipit de fibra de carbon, acesta este mai capabil să se integreze în aceste structuri rugoase, formând o legătură mai puternică.
Tratamentul de activare poate introduce o abundență de grupări funcționale reactive pe suprafața fibrei de carbon. Aceste grupări funcționale pot reacționa chimic cu grupările funcționale corespunzătoare din materialul matricei pentru a forma legături chimice. De exemplu, tratamentul de oxidare poate introduce grupări hidroxil, grupări carboxil și alte grupări funcționale pe suprafața fibrelor de carbon, care pot reacționa cu...epoxidicgrupuri din matricea de rășină și așa mai departe pentru a forma legături covalente. Rezistența acestei legături chimice este mult mai mare decât cea a legăturilor fizice, ceea ce îmbunătățește considerabil rezistența legăturii interfaciale dintre fibra de carbon și materialul matricei.
Energia superficială a fibrei de carbon activ crește, de asemenea, semnificativ. Creșterea energiei superficiale facilitează umezirea fibrei de carbon de către materialul matricei, facilitând astfel răspândirea și penetrarea materialului matricei pe suprafața fibrei de carbon. În procesul de preparare a compozitelor, materialul matricei poate fi distribuit mai uniform în jurul fibrelor de carbon pentru a forma o structură mai densă. Acest lucru nu numai că îmbunătățește proprietățile mecanice ale materialului compozit, dar îmbunătățește și alte proprietăți ale acestuia, cum ar fi rezistența la coroziune și stabilitatea termică.
Fibrele de carbon activ au multiple avantaje pentru prepararea compozitelor din fibră de carbon.
În ceea ce privește proprietățile mecanice, rezistența legăturii interfaciale dintre elementele activatefibre de carboniar materialul matricei este mult îmbunătățit, ceea ce permite compozitelor să transfere mai bine solicitările atunci când sunt supuse unor forțe externe. Aceasta înseamnă că proprietățile mecanice ale compozitelor, cum ar fi rezistența și modulul de elasticitate, sunt semnificativ îmbunătățite. De exemplu, în domeniul aerospațial, care necesită proprietăți mecanice extrem de ridicate, piesele de aeronave fabricate cu compozite din fibră de carbon activ sunt capabile să reziste la sarcini de zbor mai mari și să îmbunătățească siguranța și fiabilitatea aeronavei. În domeniul articolelor sportive, cum ar fi cadrele de biciclete, crosele de golf etc., compozitele din fibră de carbon activ pot oferi o rezistență și o rigiditate mai bune, reducând în același timp greutatea și îmbunătățind experiența sportivilor.
În ceea ce privește rezistența la coroziune, datorită introducerii grupurilor funcționale reactive pe suprafața fibrelor de carbon activ, aceste grupe funcționale pot forma legături chimice mai stabile cu materialul matriceal, îmbunătățind astfel rezistența la coroziune a compozitelor. În anumite condiții de mediu dure, cum ar fi mediul marin, industria chimică etc., carbonul activ...compozite din fibră de carbonpoate rezista mai bine eroziunii mediilor corozive și poate prelungi durata de viață. Acest lucru este de mare importanță pentru unele echipamente și structuri care sunt utilizate în medii dure pentru o perioadă lungă de timp.
În ceea ce privește stabilitatea termică, o bună legătură interfacială dintre fibra de carbon activ și materialul matricei poate îmbunătăți stabilitatea termică a compozitelor. În medii cu temperaturi ridicate, compozitele își pot menține proprietăți mecanice și stabilitate dimensională mai bune și sunt mai puțin predispuse la deformare și deteriorare. Acest lucru face ca compozitele din fibră de carbon activ să aibă perspective largi de aplicare în aplicații la temperaturi ridicate, cum ar fi piesele de motoare auto și piesele cu capăt fierbinte ale motoarelor de aviație.
În ceea ce privește performanța de procesare, fibrele de carbon activ au o activitate de suprafață crescută și o compatibilitate mai bună cu materialul matricei. Acest lucru facilitează infiltrarea și întărirea materialului matricei pe suprafața fibrei de carbon în timpul preparării materialului compozit, îmbunătățind astfel eficiența procesării și calitatea produsului. În același timp, este îmbunătățită și capacitatea de proiectare a compozitelor din fibră de carbon activ, permițându-le să fie personalizate pentru diferite aplicații și să îndeplinească o varietate de cerințe inginerești complexe.
Prin urmare, tratamentul de activare alfibre de carboneste o verigă cheie în prepararea compozitelor din fibră de carbon de înaltă performanță. Prin tratamentul de activare, structura suprafeței fibrei de carbon poate fi îmbunătățită pentru a crește rugozitatea suprafeței, a introduce grupe funcționale active și a îmbunătăți energia suprafeței, astfel încât să se îmbunătățească rezistența legăturii interfaciale dintre fibra de carbon și materialul matricei și să se pună bazele pentru prepararea compozitelor din fibră de carbon cu proprietăți mecanice excelente, rezistență la coroziune, stabilitate termică și performanțe de procesare. Odată cu progresul continuu al științei și tehnologiei, se consideră că tehnologia de activare a fibrei de carbon va continua să inoveze și să se dezvolte, oferind un sprijin mai puternic pentru aplicarea pe scară largă a compozitelor din fibră de carbon.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd.
Telefon: +86 18683776368 (și WhatsApp)
Tel: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresă: NO.398 New Green Road, orașul Xinbang, districtul Songjiang, Shanghai
Data publicării: 04 septembrie 2024