Modifikacija ogljikovih vlaken

I. Namen modifikacije ogljikovih vlaken

Izboljšanje združljivosti medogljikovih vlakenin matriko: izboljšanje mehanskih lastnosti kompozitnih materialov in krepitev mehanskega medsebojnega povezovanja, fizične adhezije in kemične vezi med površino vlaken in matriko.

Izboljšanje medfazne vezi: med proizvodnjo so ogljikova vlakna podvržena visokotemperaturni karbonizaciji nad 1000 ℃, kar ima za posledico gladko površino brez aktivnih funkcionalnih skupin. To vodi do površinske inertnosti, slabega oprijema na polimere in šibke medfazne vezi, kar neposredno vpliva na interlaminarno strižno trdnost kompozitnega materiala.

Izboljšanje površinske aktivnosti: To omogoča učinkovit prenos napetosti med ogljikovimi vlakni in matričnim materialom, s čimer se poveča vrednost vlaknastega materiala v industrijskih aplikacijah.

Izboljšanje lastnosti vlaken: To vključuje izboljšanje temperaturne odpornosti in odpornosti proti oksidaciji, kar je mogoče doseči z vnosom elementov v sledovih, kot so P, B in Zn, na površino vlaken ali s prevleko s kovinskimi ali nekovinskimi plastmi.

II. Analiza mehanizma modifikacije

1. Mehanizem fizične modifikacije: Fizična modifikacija ogljikovih vlaken v glavnem doseže medfazno ojačitev s povečanjem površinske hrapavosti in specifične površine:

Povečanje hrapavosti površine: Metode, kot sta oksidacija v plinski fazi in obdelava s plazmo, lahko znatno povečajo hrapavost površine ogljikovih vlaken. "Obdelava z argonsko plazmo pri atmosferskem tlaku lahko poveča vsebnost kisika na površini ogljikovih vlaken za 22,5%, zmanjša vodni kontaktni kot na 45,1° in ohrani natezno trdnost pri 3,23 GPa po 300 sekundah obdelave." Testiranje AFM je pokazalo, da se je površinska hrapavost (Ra) povečala z 0,31 μm na 0,47 μm.

Površinsko jedkanje in aktivacija: Elektrokemična oksidacijska obdelava s "kombiniranim postopkom oksidacijskega jedkanja po plasteh in sprememb funkcionalnih skupin" ustvari mikropore in žlebove na površini ogljikovih vlaken, s čimer se poveča učinek mehanskega prepletanja.

Izboljšanje površinske morfologije: "Obdelava s plazmo odstrani kontaminante s fizičnim obstreljevanjem in uvede hidroksilne/karboksilne aktivne skupine, kar bistveno izboljša strižno trdnost vmesnega sloja."

2. Mehanizem kemične modifikacije

Kemična modifikacija ogljikovih vlaken v glavnem doseže medfazno izboljšavo z uvedbo aktivnih funkcionalnih skupin:

Uvedba funkcionalnih skupin, ki vsebujejo kisik: oksidacija v tekoči fazi (z uporabo koncentrirane dušikove kisline, koncentrirane žveplove kisline, vodikovega peroksida itd. kot oksidantov) in elektrokemijska oksidacija lahko znatno povečata vrste in število funkcionalnih skupin, ki vsebujejo kisik (kot so hidroksilne in karboksilne skupine) na površini ogljikovih vlaken. "Elektrolitsko potenciometrična obdelava lahko poveča vsebnost kisika na površini ogljikovih vlaken z 9,36% na 18,04%, zmanjša kontaktni kot z 90,2° na 62,4° in poveča interlaminarno strižno trdnost do 56%."

Tvorba kemične vezi: "DA ali polidopamin (PDA) v glavnem doseže modifikacijo kemičnega cepljenja z reakcijo -NH₂ v molekuli s funkcionalnima skupinama -C=O in -COO- na površini ogljikovih vlaken s pomočjo Schiffove bazne reakcije, ki tvori stabilne kemične vezi na površini ogljikovih vlaken."

Reakcija površinskega cepljenja: Metoda površinskega cepljenja vključuje "postavitev ogljikovih vlaken v atmosfero aktivnih monomerov, kjer pod delovanjem iniciatorja monomeri reagirajo z aktivnimi skupinami ali robnimi atomi ogljika na vlaknu."

Posebna metoda modifikacije: "V raztopini NH₄HCO3 je površina vlaken v glavnem podvržena reakciji elektrolitskega sproščanja kisika iz vode in reakciji elektrokemične oksidacije nekaterih elektroaktivnih snovi; vsebnost različnih funkcionalnih skupin, ki vsebujejo kisik, na površini vlaken se nenehno spreminja s podaljšanjem časa obdelave, reakcija NH₄⁺ s funkcionalnimi skupinami na površini vlaken pa vnese veliko število amidnih skupin v vlakna. površina vlaken." Modifikacija spojnega sredstva: "Aminosilansko spojno sredstvo (KH550) je bilo uporabljeno za obdelavo površine ogljikovih vlaken, ki tvori kemično vezan vmesni sloj.

Po modifikaciji: število aktivnih funkcionalnih skupin se je povečalo: vsebnost O-C=O se je povečala za 95,24 %, vsebnost C=O pa se je povečala za 508,45 %, kar je povzročilo več veznih mest smole."

III. Celovita izvedba učinkov spreminjanja

Po modifikaciji se je površinska polarnost ogljikovih vlaken znatno izboljšala, stični kot se je zmanjšal in močljivost povečala, s čimer so se učinkovito izboljšale lastnosti na površini kompozitnega materiala. "Tehnologija površinske modifikacije poveča površinsko aktivnost ogljikovih vlaken, okrepi medfazne lastnosti med ogljikovimi vlakni in matričnim materialom ter izboljša njihov oprijem na matriko."

V praktičnih aplikacijah se je mejna strižna trdnost med modificiranimi ogljikovimi vlakni in smolno matrico znatno izboljšala. "IFSS DA-modificiranih ogljikovih vlaken in epoksi smole E51 se je povečal na 65,32 MPa, kar je 47,35-odstotno povečanje v primerjavi z nemodificiranimi ogljikovimi vlakni."

Če povzamemo,ogljikovih vlakenmodifikacija učinkovito izboljša medfazne lastnosti med ogljikovimi vlakni in matrico prek fizikalnih in kemičnih mehanizmov, s čimer se znatno izboljša splošno delovanje kompozitnega materiala.

Semicorex ponuja visoko kakovostkompozit iz ogljikovih vlakenizdelkov. Če imate kakršna koli vprašanja ali potrebujete dodatne podrobnosti, ne oklevajte in stopite v stik z nami.

Kontaktna telefonska številka +86-13567891907

E-pošta: sales@semicorex.com