V dnešnej dobe rýchleho technologického pokroku si kompozity z uhlíkových vlákien vďaka svojmu vynikajúcemu výkonu budujú meno v širokej škále oblastí. Od špičkových aplikácií v leteckom priemysle až po každodenné potreby športového tovaru, kompozity z uhlíkových vlákien preukázali veľký potenciál. Na prípravu vysokovýkonných kompozitov z uhlíkových vlákien je však potrebné aktivačné spracovanie...uhlíkové vláknaje kľúčový krok.
Obrázok elektrónového mikroskopu s povrchom uhlíkových vlákien
Uhlíkové vlákno, vysoko výkonný vláknitý materiál, má mnoho presvedčivých vlastností. Je zložené prevažne z uhlíka a má predĺženú vláknitú štruktúru. Z hľadiska povrchovej štruktúry je povrch uhlíkových vlákien relatívne hladký a má menej aktívnych funkčných skupín. Je to spôsobené tým, že počas prípravy uhlíkových vlákien, vysokoteplotná karbonizácia a iné úpravy spôsobujú, že povrch uhlíkových vlákien je inertnejší. Táto povrchová vlastnosť prináša sériu výziev pri príprave kompozitov z uhlíkových vlákien.
Hladký povrch oslabuje väzbu medzi uhlíkovými vláknami a matricovým materiálom. Pri príprave kompozitov je pre matricový materiál ťažké vytvoriť silnú väzbu na povrchu...uhlíkové vlákno, čo ovplyvňuje celkový výkon kompozitného materiálu. Po druhé, nedostatok aktívnych funkčných skupín obmedzuje chemickú reakciu medzi uhlíkovými vláknami a matricovými materiálmi. To spôsobuje, že medzifázové spojenie medzi nimi závisí najmä od fyzikálnych účinkov, ako je mechanické zapustenie atď., ktoré často nie sú dostatočne stabilné a sú náchylné na oddelenie, keď sú vystavené vonkajším silám.
Schematický diagram medzivrstvovej výstuže uhlíkovej tkaniny uhlíkovými nanotrubicami
Na vyriešenie týchto problémov je nevyhnutná aktivačná úprava uhlíkových vlákien.uhlíkové vláknavykazujú významné zmeny vo viacerých aspektoch.
Aktivačné spracovanie zvyšuje drsnosť povrchu uhlíkových vlákien. Chemickou oxidáciou, plazmovým spracovaním a inými metódami je možné do povrchu uhlíkových vlákien vyleptať drobné jamky a drážky, čím sa povrch zdrsní. Tento drsný povrch zväčšuje kontaktnú plochu medzi uhlíkovým vláknom a materiálom substrátu, čo zlepšuje mechanickú väzbu medzi nimi. Keď je matricový materiál spojený s uhlíkovým vláknom, je lepšie schopný sa zabudovať do týchto drsných štruktúr a vytvoriť silnejšiu väzbu.
Aktivačné spracovanie môže na povrch uhlíkových vlákien zaviesť množstvo reaktívnych funkčných skupín. Tieto funkčné skupiny môžu chemicky reagovať so zodpovedajúcimi funkčnými skupinami v matricovom materiáli za vzniku chemických väzieb. Napríklad oxidačné spracovanie môže na povrch uhlíkových vlákien zaviesť hydroxylové skupiny, karboxylové skupiny a ďalšie funkčné skupiny, ktoré môžu reagovať s...epoxidskupiny v živicovej matrici a tak ďalej za vzniku kovalentných väzieb. Sila tejto chemickej väzby je oveľa vyššia ako sila fyzickej väzby, čo výrazne zlepšuje pevnosť medzifázovej väzby medzi uhlíkovými vláknami a matricovým materiálom.
Povrchová energia aktívneho uhlíkového vlákna sa tiež výrazne zvyšuje. Zvýšenie povrchovej energie uľahčuje zmáčanie uhlíkových vlákien matricovým materiálom, čím sa uľahčuje rozptyľovanie a prenikanie matricového materiálu na povrch uhlíkových vlákien. V procese prípravy kompozitov sa matricový materiál môže rovnomernejšie rozložiť okolo uhlíkových vlákien a vytvoriť hustejšiu štruktúru. To nielen zlepšuje mechanické vlastnosti kompozitného materiálu, ale zlepšuje aj jeho ďalšie vlastnosti, ako je odolnosť proti korózii a tepelná stabilita.
Aktívne uhlíkové vlákna majú viacero výhod pri príprave kompozitov z uhlíkových vlákien.
Z hľadiska mechanických vlastností je pevnosť medzifázových väzieb medzi aktivovanýmiuhlíkové vláknaa materiál matrice je výrazne vylepšený, čo umožňuje kompozitom lepšie prenášať namáhanie pri pôsobení vonkajších síl. To znamená, že mechanické vlastnosti kompozitov, ako je pevnosť a modul, sú výrazne zlepšené. Napríklad v leteckom priemysle, ktorý vyžaduje extrémne vysoké mechanické vlastnosti, sú súčiastky lietadiel vyrobené z kompozitov s aktívnym uhlíkovým vláknom schopné odolávať väčšiemu letovému zaťaženiu a zvyšovať bezpečnosť a spoľahlivosť lietadla. V oblasti športového tovaru, ako sú rámy bicyklov, golfové palice atď., môžu kompozity s aktívnym uhlíkovým vláknom poskytnúť lepšiu pevnosť a tuhosť, pričom znižujú hmotnosť a zlepšujú zážitok športovcov.
Pokiaľ ide o odolnosť proti korózii, vďaka zavedeniu reaktívnych funkčných skupín na povrch vlákien aktívneho uhlia môžu tieto funkčné skupiny tvoriť stabilnejšie chemické väzby s matricovým materiálom, čím sa zlepšuje odolnosť kompozitov proti korózii. V niektorých drsných environmentálnych podmienkach, ako je morské prostredie, chemický priemysel atď., môže aktivované uhlíkové vlákno...kompozity z uhlíkových vlákienlepšie odolávajú erózii korozívnych médií a predĺžujú životnosť. To má veľký význam pre niektoré zariadenia a konštrukcie, ktoré sa dlhodobo používajú v náročných podmienkach.
Pokiaľ ide o tepelnú stabilitu, dobrá medzifázová väzba medzi aktívnym uhlíkovým vláknom a matricovým materiálom môže zlepšiť tepelnú stabilitu kompozitov. V prostredí s vysokou teplotou si kompozity zachovávajú lepšie mechanické vlastnosti a rozmerovú stabilitu a sú menej náchylné na deformáciu a poškodenie. Vďaka tomu majú kompozity s aktívnym uhlíkovým vláknom široké uplatnenie vo vysokoteplotných aplikáciách, ako sú napríklad súčiastky automobilových motorov a horúce časti leteckých motorov.
Pokiaľ ide o spracovateľský výkon, aktívne uhlíkové vlákna majú zvýšenú povrchovú aktivitu a lepšiu kompatibilitu s matricovým materiálom. To uľahčuje matricovému materiálu infiltráciu a vytvrdzovanie na povrchu uhlíkových vlákien počas prípravy kompozitného materiálu, čím sa zlepšuje účinnosť spracovania a kvalita produktu. Zároveň sa zlepšuje aj dizajnovateľnosť kompozitov z aktívneho uhlíkového vlákna, čo umožňuje ich prispôsobenie rôznym aplikáciám a splnenie rôznych zložitých technických požiadaviek.
Preto aktivačná liečbauhlíkové vláknaje kľúčovým článkom pri príprave vysokovýkonných kompozitov z uhlíkových vlákien. Aktivačnou úpravou je možné zlepšiť povrchovú štruktúru uhlíkových vlákien, zvýšiť ich drsnosť, zaviesť aktívne funkčné skupiny a zlepšiť povrchovú energiu, čím sa zlepší pevnosť medzifázových väzieb medzi uhlíkovými vláknami a matricovým materiálom a položí sa základ pre prípravu kompozitov z uhlíkových vlákien s vynikajúcimi mechanickými vlastnosťami, odolnosťou proti korózii, tepelnou stabilitou a spracovateľským výkonom. S neustálym pokrokom vedy a techniky sa predpokladá, že technológia aktivácie uhlíkových vlákien bude naďalej inovovať a rozvíjať sa, čo poskytne silnejšiu podporu pre široké využitie kompozitov z uhlíkových vlákien.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd.
M: +86 18683776368 (aj WhatsApp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresa: NO.398 New Green Road, mesto Xinbang, okres Songjiang, Šanghaj
Čas uverejnenia: 4. septembra 2024