เหตุใดจึงต้องเปิดใช้งานเส้นใยคาร์บอนเพื่อเตรียมคอมโพสิตเส้นใยคาร์บอน?

ในยุคปัจจุบันที่เทคโนโลยีก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์กำลังสร้างชื่อเสียงให้กับตัวเองในหลากหลายสาขาเนื่องจากประสิทธิภาพที่เหนือกว่า ตั้งแต่การใช้งานระดับสูงในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศไปจนถึงความต้องการในชีวิตประจำวันของอุปกรณ์กีฬา คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์แสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่ยิ่งใหญ่ อย่างไรก็ตาม ในการเตรียมคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ประสิทธิภาพสูง การบำบัดด้วยการกระตุ้นเส้นใยคาร์บอนเป็นขั้นตอนที่สำคัญมาก

 ภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนพื้นผิวคาร์บอนไฟเบอร์

คาร์บอนไฟเบอร์ซึ่งเป็นวัสดุเส้นใยประสิทธิภาพสูงมีคุณสมบัติที่น่าสนใจหลายประการ ประกอบด้วยคาร์บอนเป็นส่วนใหญ่และมีโครงสร้างเส้นใยที่ยาว เมื่อพิจารณาจากโครงสร้างพื้นผิวแล้ว พื้นผิวของคาร์บอนไฟเบอร์ค่อนข้างเรียบและมีกลุ่มฟังก์ชันที่ทำงานอยู่ไม่มากนัก เนื่องมาจากในระหว่างการเตรียมคาร์บอนไฟเบอร์ การเผาด้วยความร้อนสูงและการบำบัดอื่นๆ จะทำให้พื้นผิวของคาร์บอนไฟเบอร์มีสถานะเฉื่อยมากขึ้น คุณสมบัติพื้นผิวนี้ก่อให้เกิดความท้าทายหลายประการในการเตรียมคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์

พื้นผิวที่เรียบทำให้พันธะระหว่างคาร์บอนไฟเบอร์และวัสดุเมทริกซ์อ่อนแอ ในการเตรียมคอมโพสิต วัสดุเมทริกซ์จะสร้างพันธะที่แข็งแรงบนพื้นผิวของวัสดุได้ยากคาร์บอนไฟเบอร์ซึ่งส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพโดยรวมของวัสดุคอมโพสิต ประการที่สอง การขาดกลุ่มฟังก์ชันที่ใช้งานจำกัดปฏิกิริยาเคมีระหว่างเส้นใยคาร์บอนและวัสดุเมทริกซ์ สิ่งนี้ทำให้การเชื่อมต่อระหว่างทั้งสองส่วนนั้นขึ้นอยู่กับผลทางกายภาพเป็นหลัก เช่น การฝังเชิงกล เป็นต้น ซึ่งมักจะไม่เสถียรเพียงพอและมีแนวโน้มที่จะแยกออกจากกันเมื่อได้รับแรงภายนอก

แผนผังการเสริมแรงระหว่างชั้นของผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ด้วยคาร์บอนนาโนทิวบ์

เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ การบำบัดด้วยการกระตุ้นเส้นใยคาร์บอนจึงมีความจำเป็นเส้นใยคาร์บอนแสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในหลายๆ ด้าน

การบำบัดด้วยการกระตุ้นจะเพิ่มความหยาบของพื้นผิวของเส้นใยคาร์บอน โดยผ่านการออกซิเดชันทางเคมี การบำบัดด้วยพลาสม่า และวิธีการอื่นๆ หลุมและร่องเล็กๆ สามารถถูกกัดกร่อนลงบนพื้นผิวของเส้นใยคาร์บอน ทำให้พื้นผิวขรุขระ พื้นผิวขรุขระนี้จะเพิ่มพื้นที่สัมผัสระหว่างเส้นใยคาร์บอนและวัสดุพื้นผิว ซึ่งช่วยปรับปรุงพันธะทางกลระหว่างทั้งสอง เมื่อวัสดุเมทริกซ์ถูกยึดติดกับเส้นใยคาร์บอน วัสดุดังกล่าวจะสามารถฝังตัวลงในโครงสร้างขรุขระเหล่านี้ได้ดีขึ้น ทำให้เกิดพันธะที่แข็งแรงยิ่งขึ้น

การบำบัดด้วยการกระตุ้นสามารถนำกลุ่มฟังก์ชันที่มีปฏิกิริยาจำนวนมากมาสู่พื้นผิวของเส้นใยคาร์บอน กลุ่มฟังก์ชันเหล่านี้สามารถทำปฏิกิริยาทางเคมีกับกลุ่มฟังก์ชันที่สอดคล้องกันในวัสดุเมทริกซ์เพื่อสร้างพันธะเคมี ตัวอย่างเช่น การบำบัดด้วยออกซิเดชันสามารถนำกลุ่มไฮดรอกซิล กลุ่มคาร์บอกซิล และกลุ่มฟังก์ชันอื่นๆ มาสู่พื้นผิวของเส้นใยคาร์บอน ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยากับอีพ็อกซี่กลุ่มในเมทริกซ์เรซินและอื่นๆ เพื่อสร้างพันธะโควาเลนต์ ความแข็งแรงของพันธะเคมีนี้สูงกว่าพันธะทางกายภาพมาก ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแรงของพันธะระหว่างอินเทอร์เฟซระหว่างเส้นใยคาร์บอนและวัสดุเมทริกซ์ได้อย่างมาก

พลังงานพื้นผิวของเส้นใยคาร์บอนที่ถูกกระตุ้นก็เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเช่นกัน การเพิ่มขึ้นของพลังงานพื้นผิวทำให้เส้นใยคาร์บอนถูกวัสดุเมทริกซ์ทำให้ง่ายขึ้น จึงทำให้วัสดุเมทริกซ์แพร่กระจายและแทรกซึมบนพื้นผิวของเส้นใยคาร์บอนได้ง่ายขึ้น ในกระบวนการเตรียมคอมโพสิต วัสดุเมทริกซ์สามารถกระจายได้สม่ำเสมอมากขึ้นรอบ ๆ เส้นใยคาร์บอนเพื่อสร้างโครงสร้างที่หนาแน่นยิ่งขึ้น ซึ่งไม่เพียงแต่ปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุคอมโพสิตเท่านั้น แต่ยังปรับปรุงคุณสมบัติอื่น ๆ เช่น ความต้านทานการกัดกร่อนและเสถียรภาพทางความร้อนอีกด้วย

เส้นใยคาร์บอนที่เปิดใช้งานมีข้อดีหลายประการในการเตรียมคอมโพสิตเส้นใยคาร์บอน

ในด้านคุณสมบัติเชิงกล ความแข็งแรงของพันธะระหว่างอินเทอร์เฟซที่เปิดใช้งานเส้นใยคาร์บอนและวัสดุเมทริกซ์ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นอย่างมาก ซึ่งทำให้คอมโพสิตสามารถถ่ายโอนความเครียดได้ดีขึ้นเมื่อต้องรับแรงภายนอก ซึ่งหมายความว่าคุณสมบัติเชิงกลของคอมโพสิต เช่น ความแข็งแรงและโมดูลัสได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่น ในด้านการบินและอวกาศ ซึ่งต้องการคุณสมบัติเชิงกลที่สูงมาก ชิ้นส่วนเครื่องบินที่ทำด้วยคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ที่เปิดใช้งานสามารถทนต่อภาระการบินที่มากขึ้น และปรับปรุงความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของเครื่องบิน ในด้านอุปกรณ์กีฬา เช่น เฟรมจักรยาน ไม้กอล์ฟ เป็นต้น คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ที่เปิดใช้งานสามารถให้ความแข็งแรงและความแข็งที่ดีขึ้น ในขณะที่ลดน้ำหนักและปรับปรุงประสบการณ์ของนักกีฬา

ในแง่ของความต้านทานการกัดกร่อน เนื่องจากการนำกลุ่มฟังก์ชันปฏิกิริยามาสู่พื้นผิวของเส้นใยคาร์บอนกัมมันต์ กลุ่มฟังก์ชันเหล่านี้สามารถสร้างพันธะเคมีที่เสถียรยิ่งขึ้นกับวัสดุเมทริกซ์ จึงทำให้ความต้านทานการกัดกร่อนของคอมโพสิตดีขึ้น ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงบางอย่าง เช่น สภาพแวดล้อมทางทะเล อุตสาหกรรมเคมี เป็นต้น การเปิดใช้งานกลุ่มฟังก์ชันเหล่านี้คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์สามารถต้านทานการกัดกร่อนของสารกัดกร่อนได้ดีขึ้นและยืดอายุการใช้งานได้ ซึ่งถือเป็นเรื่องสำคัญอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์และโครงสร้างบางอย่างที่ใช้งานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเป็นเวลานาน

ในแง่ของเสถียรภาพทางความร้อน การยึดติดระหว่างอินเทอร์เฟซที่ดีระหว่างเส้นใยคาร์บอนกัมมันต์และวัสดุเมทริกซ์สามารถปรับปรุงเสถียรภาพทางความร้อนของคอมโพสิตได้ ภายใต้สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง คอมโพสิตสามารถรักษาคุณสมบัติเชิงกลและเสถียรภาพของมิติได้ดีขึ้น และมีแนวโน้มที่จะเสียรูปและเสียหายน้อยลง ซึ่งทำให้คอมโพสิตเส้นใยคาร์บอนกัมมันต์มีแนวโน้มการใช้งานที่หลากหลายในแอปพลิเคชันที่อุณหภูมิสูง เช่น ชิ้นส่วนเครื่องยนต์ยานยนต์และชิ้นส่วนปลายร้อนของเครื่องยนต์การบิน

ในแง่ของประสิทธิภาพการประมวลผล เส้นใยคาร์บอนกัมมันต์มีกิจกรรมพื้นผิวที่เพิ่มขึ้นและเข้ากันได้ดีกับวัสดุเมทริกซ์ ทำให้วัสดุเมทริกซ์แทรกซึมและบ่มบนพื้นผิวของเส้นใยคาร์บอนได้ง่ายขึ้นระหว่างการเตรียมวัสดุคอมโพสิต จึงช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการประมวลผลและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ในเวลาเดียวกัน การออกแบบคอมโพสิตเส้นใยคาร์บอนกัมมันต์ยังได้รับการปรับปรุงอีกด้วย ทำให้สามารถปรับแต่งสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกันและตอบสนองความต้องการทางวิศวกรรมที่ซับซ้อนได้หลากหลาย

ดังนั้นการบำบัดด้วยการกระตุ้นเส้นใยคาร์บอนเป็นส่วนสำคัญในการเตรียมคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ประสิทธิภาพสูง ผ่านการบำบัดด้วยการกระตุ้น สามารถปรับปรุงโครงสร้างพื้นผิวของคาร์บอนไฟเบอร์เพื่อเพิ่มความหยาบของพื้นผิว แนะนำกลุ่มฟังก์ชันที่ใช้งาน และปรับปรุงพลังงานพื้นผิว เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงของการเชื่อมต่อระหว่างคาร์บอนไฟเบอร์และวัสดุเมทริกซ์ และวางรากฐานสำหรับการเตรียมคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยม ทนต่อการกัดกร่อน มีเสถียรภาพทางความร้อน และประสิทธิภาพการประมวลผล ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เชื่อกันว่าเทคโนโลยีการกระตุ้นคาร์บอนไฟเบอร์จะยังคงสร้างสรรค์และพัฒนาต่อไป ให้การสนับสนุนที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้นสำหรับการประยุกต์ใช้คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์อย่างกว้างขวาง

บริษัท เซี่ยงไฮ้ โอริเซน นิว แมททีเรียล เทคโนโลยี จำกัด
M: +86 18683776368 (รวมถึง whatsapp)
โทร:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
ที่อยู่: NO.398 New Green Road เมือง Xinbang เขต Songjiang เซี่ยงไฮ้