Në epokën e sotme të përparimit të shpejtë teknologjik, kompozitet me fibra karboni po bëjnë emër në një gamë të gjerë fushash për shkak të performancës së tyre superiore. Nga aplikimet e nivelit të lartë në hapësirën ajrore deri te nevojat e përditshme të mallrave sportive, kompozitet me fibra karboni kanë treguar potencial të madh. Megjithatë, për të përgatitur kompozite me fibra karboni me performancë të lartë, trajtimi i aktivizimit tëfibra karboniështë një hap vendimtar.
Fotografia e mikroskopit elektronik sipërfaqësor me fibra karboni
Fibra e karbonit, një material fibre me performancë të lartë, ka shumë veti bindëse. Ajo përbëhet kryesisht nga karboni dhe ka një strukturë filamentoze të zgjatur. Nga pikëpamja e strukturës sipërfaqësore, sipërfaqja e fibrave të karbonit është relativisht e lëmuar dhe ka më pak grupe funksionale aktive. Kjo për shkak të faktit se gjatë përgatitjes së fibrave të karbonit, karbonizimi në temperaturë të lartë dhe trajtime të tjera e bëjnë sipërfaqen e fibrave të karbonit të paraqesë një gjendje më inerte. Kjo veti sipërfaqësore sjell një sërë sfidash në përgatitjen e kompozitëve të fibrave të karbonit.
Sipërfaqja e lëmuar e bën lidhjen midis fibrës së karbonit dhe materialit të matricës të dobët. Në përgatitjen e kompozitëve, është e vështirë që materiali i matricës të formojë një lidhje të fortë në sipërfaqen efibër karboni, gjë që ndikon në performancën e përgjithshme të materialit kompozit. Së dyti, mungesa e grupeve funksionale aktive kufizon reaksionin kimik midis fibrave të karbonit dhe materialeve të matricës. Kjo bën që lidhja ndërfaqësore midis të dyjave të mbështetet kryesisht në efektet fizike, siç është ngulitja mekanike, etj., e cila shpesh nuk është mjaftueshëm e qëndrueshme dhe është e prirur ndaj ndarjes kur i nënshtrohet forcave të jashtme.
Diagrami skematik i përforcimit ndërshtresor të pëlhurës së fibrave të karbonit me nanotuba karboni
Për të zgjidhur këto probleme, trajtimi me aktivizim i fibrave të karbonit bëhet i nevojshëm.fibra karbonitregojnë ndryshime të rëndësishme në disa aspekte.
Trajtimi me aktivizim rrit ashpërsinë sipërfaqësore të fibrave të karbonit. Përmes oksidimit kimik, trajtimit me plazmë dhe metodave të tjera, gropëza dhe brazda të vogla mund të gdhenden në sipërfaqen e fibrave të karbonit, duke e bërë sipërfaqen të ashpër. Kjo sipërfaqe e ashpër rrit sipërfaqen e kontaktit midis fibrës së karbonit dhe materialit të substratit, gjë që përmirëson lidhjen mekanike midis të dyjave. Kur materiali i matricës lidhet me fibrën e karbonit, ai është më i aftë të ngulitet në këto struktura të ashpra, duke formuar një lidhje më të fortë.
Trajtimi i aktivizimit mund të fusë një bollëk grupesh funksionale reaktive në sipërfaqen e fibrës së karbonit. Këto grupe funksionale mund të reagojnë kimikisht me grupet funksionale përkatëse në materialin e matricës për të formuar lidhje kimike. Për shembull, trajtimi me oksidim mund të fusë grupe hidroksil, grupe karboksil dhe grupe të tjera funksionale në sipërfaqen e fibrave të karbonit, të cilat mund të reagojnë meepoksigrupet në matricën e rrëshirës e kështu me radhë për të formuar lidhje kovalente. Fortësia e kësaj lidhjeje kimike është shumë më e lartë se ajo e lidhjes fizike, gjë që përmirëson shumë forcën e lidhjes ndërfaqësore midis fibrës së karbonit dhe materialit të matricës.
Energjia sipërfaqësore e fibrës së karbonit të aktivizuar gjithashtu rritet ndjeshëm. Rritja e energjisë sipërfaqësore e bën më të lehtë që fibra e karbonit të laget nga materiali i matricës, duke lehtësuar kështu përhapjen dhe depërtimin e materialit të matricës në sipërfaqen e fibrës së karbonit. Në procesin e përgatitjes së kompozitëve, materiali i matricës mund të shpërndahet më në mënyrë të barabartë rreth fibrave të karbonit për të formuar një strukturë më të dendur. Kjo jo vetëm që përmirëson vetitë mekanike të materialit kompozit, por përmirëson edhe vetitë e tjera të tij, të tilla si rezistenca ndaj korrozionit dhe stabiliteti termik.
Fibrat e karbonit të aktivizuar kanë përparësi të shumta për përgatitjen e kompozitëve të fibrave të karbonit.
Për sa i përket vetive mekanike, forca e lidhjes ndërfaqësore midis të aktivizuarvefibra karbonidhe materiali i matricës përmirësohet shumë, gjë që i mundëson kompozitëve të transferojnë më mirë streset kur i nënshtrohen forcave të jashtme. Kjo do të thotë që vetitë mekanike të kompozitëve, të tilla si forca dhe moduli, përmirësohen ndjeshëm. Për shembull, në fushën e hapësirës ajrore, e cila kërkon veti mekanike jashtëzakonisht të larta, pjesët e avionëve të bëra me kompozite me fibra karboni të aktivizuar janë në gjendje të përballojnë ngarkesa më të mëdha fluturimi dhe të përmirësojnë sigurinë dhe besueshmërinë e avionit. Në fushën e mallrave sportive, të tilla si kornizat e biçikletave, shkopinjtë e golfit, etj., kompozitët me fibra karboni të aktivizuar mund të ofrojnë forcë dhe ngurtësi më të mirë, duke zvogëluar peshën dhe duke përmirësuar përvojën e atletëve.
Për sa i përket rezistencës ndaj korrozionit, për shkak të futjes së grupeve funksionale reaktive në sipërfaqen e fibrave të karbonit të aktivizuar, këto grupe funksionale mund të formojnë lidhje kimike më të qëndrueshme me materialin e matricës, duke përmirësuar kështu rezistencën ndaj korrozionit të kompozitëve. Në disa kushte të ashpra mjedisore, siç është mjedisi detar, industria kimike, etj., i aktivizuarikompozite me fibra karbonimund t'i rezistojë më mirë erozionit të mjediseve korrozive dhe të zgjasë jetëgjatësinë e shërbimit. Kjo është me rëndësi të madhe për disa pajisje dhe struktura që përdoren në mjedise të ashpra për një kohë të gjatë.
Për sa i përket stabilitetit termik, lidhja e mirë ndërfaqësore midis fibrës së karbonit të aktivizuar dhe materialit të matricës mund të përmirësojë stabilitetin termik të kompozitëve. Nën mjedisin me temperaturë të lartë, kompozitët mund të ruajnë veti mekanike dhe stabilitet dimensional më të mirë, dhe janë më pak të prirur ndaj deformimit dhe dëmtimit. Kjo i bën kompozitët me fibër karboni të aktivizuar të kenë perspektiva të gjera aplikimi në aplikime me temperaturë të lartë, siç janë pjesët e motorëve të automobilave dhe pjesët e nxehta të motorëve të aviacionit.
Për sa i përket performancës së përpunimit, fibrat e karbonit aktiv kanë aktivitet sipërfaqësor të rritur dhe përputhshmëri më të mirë me materialin e matricës. Kjo e bën më të lehtë që materiali i matricës të infiltrohet dhe të thahet në sipërfaqen e fibrave të karbonit gjatë përgatitjes së materialit kompozit, duke përmirësuar kështu efikasitetin e përpunimit dhe cilësinë e produktit. Në të njëjtën kohë, përmirësohet edhe projektimi i kompozitëve të fibrave të karbonit aktiv, duke u lejuar atyre të personalizohen për aplikime të ndryshme dhe të përmbushin një sërë kërkesash komplekse inxhinierike.
Prandaj, trajtimi i aktivizimit tëfibra karboniështë një hallkë kyçe në përgatitjen e kompozitëve me fibra karboni me performancë të lartë. Përmes trajtimit të aktivizimit, struktura sipërfaqësore e fibrave të karbonit mund të përmirësohet për të rritur ashpërsinë e sipërfaqes, për të futur grupe funksionale aktive dhe për të përmirësuar energjinë sipërfaqësore, në mënyrë që të përmirësohet forca e lidhjes ndërfaqësore midis fibrave të karbonit dhe materialit të matricës, dhe të hidhen themelet për përgatitjen e kompozitëve me fibra karboni me veti të shkëlqyera mekanike, rezistencë ndaj korrozionit, stabilitet termik dhe performancë përpunimi. Me përparimin e vazhdueshëm të shkencës dhe teknologjisë, besohet se teknologjia e aktivizimit të fibrave të karbonit do të vazhdojë të inovojë dhe të zhvillohet, duke ofruar mbështetje më të fortë për aplikimin e gjerë të kompozitëve me fibra karboni.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (gjithashtu whatsapp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresa: Nr. 398 Rruga e Re e Gjelbër, Qyteti Xinbang, Distrikti Songjiang, Shangai
Koha e postimit: 04 shtator 2024