V današnji dobi hitrega tehnološkega napredka si kompoziti iz ogljikovih vlaken ustvarjajo ime na številnih področjih zaradi svoje vrhunske zmogljivosti. Od vrhunskih aplikacij v letalstvu do vsakodnevnih potreb športne opreme so kompoziti iz ogljikovih vlaken pokazali velik potencial. Vendar pa je za pripravo visokozmogljivih kompozitov iz ogljikovih vlaken potrebna aktivacijska obdelava...ogljikova vlaknaje ključen korak.
Slika elektronskega mikroskopa na površini ogljikovih vlaken
Ogljikova vlakna, visokozmogljiv vlaknast material, imajo številne prepričljive lastnosti. V glavnem so sestavljena iz ogljika in imajo podolgovato nitasto strukturo. Z vidika površinske strukture je površina ogljikovih vlaken relativno gladka in ima manj aktivnih funkcionalnih skupin. To je posledica dejstva, da med pripravo ogljikovih vlaken visokotemperaturna karbonizacija in druge obdelave povzročijo, da je površina ogljikovih vlaken v bolj inertnem stanju. Ta površinska lastnost prinaša vrsto izzivov pri pripravi kompozitov iz ogljikovih vlaken.
Gladka površina oslabi vez med ogljikovimi vlakni in matričnim materialom. Pri pripravi kompozitov je za matrični material težko tvoriti močno vez na površini.ogljikovih vlaken, kar vpliva na splošno delovanje kompozitnega materiala. Drugič, pomanjkanje aktivnih funkcionalnih skupin omejuje kemično reakcijo med ogljikovimi vlakni in matričnimi materiali. Zaradi tega je medfazna vez med obema materialoma odvisna predvsem od fizikalnih učinkov, kot je mehansko vgrajevanje itd., ki pogosto niso dovolj stabilni in so nagnjeni k ločitvi, ko so izpostavljeni zunanjim silam.
Shematski diagram medplastne ojačitve tkanine iz ogljikovih vlaken z ogljikovimi nanocevkami
Za rešitev teh težav je potrebna aktivacijska obdelava ogljikovih vlaken. Aktiviranoogljikova vlaknakažejo pomembne spremembe v več vidikih.
Aktivacijska obdelava poveča hrapavost površine ogljikovih vlaken. S kemično oksidacijo, plazemsko obdelavo in drugimi metodami se lahko v površino ogljikovih vlaken vgrajujejo drobne jamice in utori, zaradi česar površina postane hrapava. Ta hrapava površina poveča kontaktno površino med ogljikovimi vlakni in substratom, kar izboljša mehansko vez med njima. Ko je matrični material vezan na ogljikova vlakna, se bolje vgradi v te hrapave strukture in tvori močnejšo vez.
Aktivacijska obdelava lahko na površino ogljikovih vlaken vnese obilo reaktivnih funkcionalnih skupin. Te funkcionalne skupine lahko kemično reagirajo z ustreznimi funkcionalnimi skupinami v matričnem materialu in tvorijo kemične vezi. Na primer, oksidacijska obdelava lahko na površino ogljikovih vlaken vnese hidroksilne skupine, karboksilne skupine in druge funkcionalne skupine, ki lahko reagirajo z ...epoksiskupine v smolni matrici in tako naprej, da tvorijo kovalentne vezi. Moč te kemične vezi je veliko večja od fizične vezi, kar močno izboljša medfazno trdnost vezi med ogljikovimi vlakni in matričnim materialom.
Površinska energija aktivnih ogljikovih vlaken se prav tako znatno poveča. Povečanje površinske energije olajša omočenje ogljikovih vlaken z matricnim materialom, kar olajša širjenje in prodiranje matricnega materiala na površino ogljikovih vlaken. Med postopkom priprave kompozitov se lahko matricni material enakomerneje porazdeli po ogljikovih vlaknih in tvori gostejšo strukturo. To ne le izboljša mehanske lastnosti kompozitnega materiala, temveč tudi njegove druge lastnosti, kot sta odpornost proti koroziji in toplotna stabilnost.
Aktivna ogljikova vlakna imajo številne prednosti za pripravo kompozitov iz ogljikovih vlaken.
Kar zadeva mehanske lastnosti, je medfazna vezivna trdnost med aktiviranimogljikova vlaknain matrični material je močno izboljšan, kar omogoča kompozitom boljši prenos napetosti, ko so izpostavljeni zunanjim silam. To pomeni, da so mehanske lastnosti kompozitov, kot sta trdnost in modul, znatno izboljšane. Na primer, na področju vesoljske in vesoljske industrije, ki zahteva izjemno visoke mehanske lastnosti, so deli letal, izdelani iz kompozitov iz aktivnih ogljikovih vlaken, sposobni prenesti večje obremenitve med letom in izboljšati varnost ter zanesljivost letala. Na področju športne opreme, kot so okvirji koles, palice za golf itd., lahko kompoziti iz aktivnih ogljikovih vlaken zagotovijo boljšo trdnost in togost, hkrati pa zmanjšajo težo in izboljšajo izkušnjo športnikov.
Kar zadeva odpornost proti koroziji, lahko zaradi uvedbe reaktivnih funkcionalnih skupin na površino aktivnih ogljikovih vlaken te funkcionalne skupine tvorijo stabilnejšo kemično vez z matričnim materialom, s čimer se izboljša odpornost kompozitov proti koroziji. V nekaterih težkih okoljskih pogojih, kot so morsko okolje, kemična industrija itd., se aktivirani ogljikovi vlaknikompoziti iz ogljikovih vlakense lahko bolje upre eroziji korozivnih medijev in podaljša življenjsko dobo. To je zelo pomembno za nekatere naprave in konstrukcije, ki se dolgo časa uporabljajo v zahtevnih okoljih.
Kar zadeva toplotno stabilnost, lahko dobra medfazna vez med aktivnimi ogljikovimi vlakni in matričnim materialom izboljša toplotno stabilnost kompozitov. V okolju z visokimi temperaturami lahko kompoziti ohranijo boljše mehanske lastnosti in dimenzijsko stabilnost ter so manj nagnjeni k deformacijam in poškodbam. Zaradi tega imajo kompoziti z aktivnimi ogljikovimi vlakni široke možnosti uporabe pri visokih temperaturah, kot so deli avtomobilskih motorjev in deli vročih delov letalskih motorjev.
Kar zadeva učinkovitost obdelave, imajo aktivna ogljikova vlakna povečano površinsko aktivnost in boljšo združljivost z matricnim materialom. To olajša infiltracijo in strjevanje matrice na površini ogljikovih vlaken med pripravo kompozitnega materiala, s čimer se izboljša učinkovitost obdelave in kakovost izdelka. Hkrati se izboljša tudi možnost oblikovanja kompozitov z aktivnimi ogljikovimi vlakni, kar omogoča njihovo prilagoditev različnim aplikacijam in izpolnjevanje različnih kompleksnih inženirskih zahtev.
Zato aktivacijsko zdravljenjeogljikova vlaknaje ključna povezava pri pripravi visokozmogljivih kompozitov iz ogljikovih vlaken. Z aktivacijsko obdelavo se lahko izboljša površinska struktura ogljikovih vlaken, poveča hrapavost površine, uvedejo aktivne funkcionalne skupine in izboljša površinska energija, s čimer se izboljša medfazna vez med ogljikovimi vlakni in matričnim materialom ter postavijo temelji za pripravo kompozitov iz ogljikovih vlaken z odličnimi mehanskimi lastnostmi, odpornostjo proti koroziji, toplotno stabilnostjo in zmogljivostjo obdelave. Z nenehnim napredkom znanosti in tehnologije se verjame, da se bo tehnologija aktivacije ogljikovih vlaken še naprej razvijala in uvajala ter zagotavljala močnejšo podporo za široko uporabo kompozitov iz ogljikovih vlaken.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd.
M: +86 18683776368 (tudi WhatsApp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Naslov: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Šanghaj
Čas objave: 4. september 2024