В современную эпоху стремительного технологического прогресса композиты из углеродного волокна завоевывают популярность в самых разных областях благодаря своим превосходным характеристикам. От высокотехнологичных применений в аэрокосмической отрасли до повседневных нужд в спортивной индустрии, композиты из углеродного волокна демонстрируют огромный потенциал. Однако для получения высокоэффективных композитов из углеродного волокна необходима активационная обработка.углеродные волокнаЭто решающий шаг.
Изображение поверхности углеродного волокна, полученное с помощью электронного микроскопа.
Углеродное волокно, высокоэффективный волокнистый материал, обладает множеством привлекательных свойств. Оно в основном состоит из углерода и имеет вытянутую нитевидную структуру. С точки зрения структуры поверхности, поверхность углеродного волокна относительно гладкая и содержит меньше активных функциональных групп. Это объясняется тем, что в процессе получения углеродных волокон высокотемпературная карбонизация и другие обработки приводят к тому, что поверхность углеродных волокон приобретает более инертное состояние. Это свойство поверхности создает ряд проблем при изготовлении композитов из углеродного волокна.
Гладкая поверхность ослабляет связь между углеродным волокном и матричным материалом. При изготовлении композитов матричному материалу трудно образовать прочную связь на поверхности.углеродное волокноВо-первых, это влияет на общие характеристики композитного материала. Во-вторых, отсутствие активных функциональных групп ограничивает химическую реакцию между углеродными волокнами и матричными материалами. Это приводит к тому, что межфазная связь между ними в основном зависит от физических эффектов, таких как механическое внедрение и т. д., которая часто недостаточно стабильна и склонна к расслоению при воздействии внешних сил.
Схематическое изображение межслойного армирования углеродного волокна углеродными нанотрубками
Для решения этих проблем необходима активационная обработка углеродных волокон. Активированныеуглеродные волокнадемонстрируют значительные изменения по нескольким аспектам.
Активационная обработка увеличивает шероховатость поверхности углеродных волокон. С помощью химического окисления, плазменной обработки и других методов на поверхности углеродных волокон можно вытравить мельчайшие ямки и бороздки, делая поверхность шероховатой. Эта шероховатая поверхность увеличивает площадь контакта между углеродным волокном и подложкой, что улучшает механическое сцепление между ними. Когда матричный материал сцепляется с углеродным волокном, он лучше внедряется в эти шероховатые структуры, образуя более прочную связь.
Активационная обработка позволяет ввести на поверхность углеродного волокна большое количество реакционноспособных функциональных групп. Эти функциональные группы могут химически реагировать с соответствующими функциональными группами в матричном материале, образуя химические связи. Например, окислительная обработка может ввести на поверхность углеродных волокон гидроксильные, карбоксильные и другие функциональные группы, которые могут реагировать сэпоксидная смолагруппы в смоляной матрице и так далее образуют ковалентные связи. Прочность этой химической связи намного выше, чем прочность физической связи, что значительно повышает прочность межфазного сцепления между углеродным волокном и материалом матрицы.
Поверхностная энергия активированного углеродного волокна также значительно возрастает. Увеличение поверхностной энергии облегчает смачивание углеродного волокна матричным материалом, тем самым способствуя распространению и проникновению матричного материала по поверхности углеродного волокна. В процессе получения композитов матричный материал может быть более равномерно распределен вокруг углеродных волокон, образуя более плотную структуру. Это не только улучшает механические свойства композитного материала, но и повышает его другие свойства, такие как коррозионная стойкость и термическая стабильность.
Активированные углеродные волокна обладают рядом преимуществ при изготовлении композитов из углеродного волокна.
С точки зрения механических свойств, прочность межфазной связи между активированными частицами определяется именно этим показателем.углеродные волокнаЗначительно улучшен матричный материал, что позволяет композитам лучше передавать напряжения при воздействии внешних сил. Это означает, что механические свойства композитов, такие как прочность и модуль упругости, значительно улучшаются. Например, в аэрокосмической отрасли, где требуются чрезвычайно высокие механические свойства, детали самолетов, изготовленные из композитов на основе активированного углеродного волокна, способны выдерживать большие нагрузки в полете и повышать безопасность и надежность летательных аппаратов. В области спортивных товаров, таких как велосипедные рамы, клюшки для гольфа и т. д., композиты на основе активированного углеродного волокна могут обеспечить лучшую прочность и жесткость, одновременно снижая вес и улучшая ощущения спортсменов.
С точки зрения коррозионной стойкости, благодаря введению реакционноспособных функциональных групп на поверхность активированных углеродных волокон, эти функциональные группы могут образовывать более стабильные химические связи с матричным материалом, тем самым улучшая коррозионную стойкость композитов. В некоторых суровых условиях окружающей среды, таких как морская среда, химическая промышленность и т. д., активированный углеродный материал может быть коррозионно-стойким.композиты из углеродного волокнаЭто позволяет лучше противостоять эрозии под воздействием агрессивных сред и продлевать срок службы. Это имеет большое значение для некоторого оборудования и конструкций, которые длительное время эксплуатируются в суровых условиях.
С точки зрения термической стабильности, хорошее межфазное сцепление между активированным углеродным волокном и матричным материалом может улучшить термическую стабильность композитов. В условиях высоких температур композиты сохраняют лучшие механические свойства и стабильность размеров, а также менее подвержены деформации и повреждениям. Это открывает широкие перспективы применения композитов из активированного углеродного волокна в высокотемпературных условиях, например, в деталях автомобильных двигателей и горячих частях авиационных двигателей.
С точки зрения технологических характеристик, активированные углеродные волокна обладают повышенной поверхностной активностью и лучшей совместимостью с матричным материалом. Это облегчает проникновение матричного материала и его отверждение на поверхности углеродного волокна в процессе изготовления композитного материала, тем самым повышая эффективность обработки и качество продукции. В то же время расширяются возможности проектирования композитов из активированных углеродных волокон, что позволяет адаптировать их для различных применений и удовлетворять разнообразным сложным инженерным требованиям.
Следовательно, активационная обработкауглеродные волокнаАктивация является ключевым звеном в подготовке высокоэффективных композитов из углеродного волокна. Благодаря активации можно улучшить структуру поверхности углеродного волокна, увеличить шероховатость поверхности, ввести активные функциональные группы и повысить поверхностную энергию, что улучшает прочность межфазного сцепления между углеродным волокном и матричным материалом и закладывает основу для получения композитов из углеродного волокна с превосходными механическими свойствами, коррозионной стойкостью, термической стабильностью и технологичностью. С непрерывным прогрессом науки и техники ожидается, что технология активации углеродного волокна будет продолжать развиваться и совершенствоваться, обеспечивая более надежную основу для широкого применения композитов из углеродного волокна.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
М: +86 18683776368 (также WhatsApp)
Тел.: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Адрес: № 398, Новая Зеленая Дорога, город Синьбан, район Сунцзян, Шанхай.
Дата публикации: 04.09.2024