У сучасну епоху швидкого технологічного прогресу вуглецеві волокнисті композити завойовують популярність у широкому спектрі галузей завдяки своїм чудовим характеристикам. Від високоякісних застосувань в аерокосмічній галузі до щоденних потреб у спортивних товарах, вуглецеві волокнисті композити демонструють великий потенціал. Однак, для отримання високопродуктивних вуглецевих волокнистих композитів потрібна активаційна обробка...вуглецеві волокнає вирішальним кроком.
Зображення електронного мікроскопа поверхні вуглецевого волокна
Вуглецеве волокно, високоефективний волокнистий матеріал, має багато переконливих властивостей. Воно в основному складається з вуглецю та має видовжену ниткоподібну структуру. З точки зору структури поверхні, поверхня вуглецевого волокна є відносно гладкою та має менше активних функціональних груп. Це пов'язано з тим, що під час виготовлення вуглецевих волокон високотемпературна карбонізація та інші обробки роблять поверхню вуглецевих волокон більш інертною. Ця властивість поверхні створює низку проблем для виготовлення вуглецевих волокнистих композитів.
Гладка поверхня робить зв'язок між вуглецевим волокном та матричним матеріалом слабким. Під час виготовлення композитів матричному матеріалу важко утворити міцний зв'язок на поверхні...вуглецеве волокно, що впливає на загальні характеристики композитного матеріалу. По-друге, відсутність активних функціональних груп обмежує хімічну реакцію між вуглецевими волокнами та матричними матеріалами. Через це міжфазний зв'язок між ними переважно залежить від фізичних ефектів, таких як механічне вбудовування тощо, який часто недостатньо стабільний і схильний до розшарування під впливом зовнішніх сил.
Принципова схема міжшарового армування вуглецевої тканини вуглецевими нанотрубками
Для вирішення цих проблем стає необхідною активаційна обробка вуглецевих волокон. Активованівуглецеві волокнадемонструють суттєві зміни в кількох аспектах.
Активаційна обробка збільшує шорсткість поверхні вуглецевих волокон. За допомогою хімічного окислення, плазмової обробки та інших методів на поверхні вуглецевих волокон можна витравити крихітні ямки та канавки, роблячи поверхню шорсткою. Ця шорстка поверхня збільшує площу контакту між вуглецевим волокном та матеріалом підкладки, що покращує механічний зв'язок між ними. Коли матричний матеріал пов'язаний з вуглецевим волокном, він краще здатний вбудовуватися в ці шорсткі структури, утворюючи міцніший зв'язок.
Активаційна обробка може ввести велику кількість реакційноздатних функціональних груп на поверхню вуглецевого волокна. Ці функціональні групи можуть хімічно реагувати з відповідними функціональними групами в матричному матеріалі, утворюючи хімічні зв'язки. Наприклад, окислювальна обробка може ввести гідроксильні групи, карбоксильні групи та інші функціональні групи на поверхню вуглецевого волокна, які можуть реагувати з...епоксидна смолагрупи в матриці смоли тощо, утворюючи ковалентні зв'язки. Міцність цього хімічного зв'язку набагато вища, ніж у фізичного зв'язку, що значно покращує міцність міжфазного зв'язку між вуглецевим волокном та матеріалом матриці.
Поверхнева енергія активованого вуглецевого волокна також значно зростає. Збільшення поверхневої енергії полегшує змочування вуглецевого волокна матричним матеріалом, тим самим сприяючи розподілу та проникненню матричного матеріалу на поверхню вуглецевого волокна. У процесі виготовлення композитів матричний матеріал може бути більш рівномірно розподілений навколо вуглецевих волокон, утворюючи більш щільну структуру. Це не тільки покращує механічні властивості композитного матеріалу, але й покращує його інші властивості, такі як корозійна стійкість та термостабільність.
Активоване вугільне волокно має численні переваги для виготовлення композитів з вуглецевого волокна.
Що стосується механічних властивостей, то міцність міжфазного зв'язку між активованимивуглецеві волокнаа матричний матеріал значно покращено, що дозволяє композитам краще передавати напруження під впливом зовнішніх сил. Це означає, що механічні властивості композитів, такі як міцність і модуль пружності, значно покращуються. Наприклад, в аерокосмічній галузі, яка вимагає надзвичайно високих механічних властивостей, деталі літаків, виготовлені з композитів з активованого вуглецевого волокна, здатні витримувати більші польотні навантаження та підвищувати безпеку та надійність літака. У галузі спортивних товарів, таких як рами велосипедів, ключки для гольфу тощо, композити з активованого вуглецевого волокна можуть забезпечити кращу міцність і жорсткість, одночасно зменшуючи вагу та покращуючи враження спортсменів.
Що стосується корозійної стійкості, то завдяки введенню реакційноздатних функціональних груп на поверхню волокон активованого вугілля, ці функціональні групи можуть утворювати більш стабільні хімічні зв'язки з матричним матеріалом, тим самим покращуючи корозійну стійкість композитів. У деяких суворих умовах навколишнього середовища, таких як морське середовище, хімічна промисловість тощо, активоване...вуглецеві волокнисті композитиможуть краще протистояти ерозії, спричиненій агресивними середовищами, та продовжувати термін служби. Це має велике значення для деякого обладнання та конструкцій, які використовуються в суворих умовах протягом тривалого часу.
Що стосується термічної стабільності, хороший міжфазний зв'язок між активованим вуглецевим волокном та матричним матеріалом може покращити термічну стабільність композитів. У високотемпературному середовищі композити можуть зберігати кращі механічні властивості та розмірну стабільність, а також менш схильні до деформації та пошкодження. Це робить композити з активованим вуглецевим волокном широко застосовуваними у високотемпературних виробах, таких як деталі автомобільних двигунів та гарячі частини авіаційних двигунів.
Що стосується технологічних характеристик, волокна з активованого вугілля мають підвищену поверхневу активність та кращу сумісність з матричним матеріалом. Це полегшує інфільтрацію та затвердіння матричного матеріалу на поверхні вуглецевого волокна під час приготування композитного матеріалу, тим самим підвищуючи ефективність обробки та якість продукції. Водночас також покращується спроможність композитів з активованого вугілля, що дозволяє налаштовувати їх для різних застосувань та відповідати різноманітним складним інженерним вимогам.
Отже, активаційне лікуваннявуглецеві волокнає ключовою ланкою у створенні високопродуктивних вуглецевих волокнистих композитів. Завдяки активаційній обробці можна покращити поверхневу структуру вуглецевого волокна, збільшити шорсткість поверхні, ввести активні функціональні групи та покращити поверхневу енергію, щоб покращити міцність міжфазного зв'язку між вуглецевим волокном та матричним матеріалом, а також закласти основу для створення вуглецевих волокнистих композитів з відмінними механічними властивостями, корозійною стійкістю, термостабільністю та продуктивністю обробки. З постійним розвитком науки і техніки вважається, що технологія активації вуглецевого волокна продовжуватиме впроваджувати інновації та розвиватися, забезпечуючи сильнішу підтримку для широкого застосування вуглецевих волокнистих композитів.
Шанхайська компанія з технології нових матеріалів Orisen, ТОВ
М: +86 18683776368 (також WhatsApp)
Тел.: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Адреса: № 398, Нью-Грін-роуд, місто Сіньбан, район Сунцзян, Шанхай
Час публікації: 04 вересня 2024 р.