اصلاح فیبر کربن

I. هدف از اصلاح فیبر کربن

بهبود سازگاری بینفیبر کربنو ماتریس: افزایش خواص مکانیکی مواد کامپوزیت و تقویت در هم تنیدگی مکانیکی، چسبندگی فیزیکی و پیوند شیمیایی بین سطح الیاف و ماتریس.

بهبود پیوند سطحی: در طول تولید، الیاف کربن تحت عملیات کربنیزاسیون با دمای بالا بالای 1000 درجه سانتیگراد قرار می‌گیرند و در نتیجه سطح صافی بدون گروه‌های عملکردی فعال ایجاد می‌شود. این منجر به بی اثری سطح، چسبندگی ضعیف به پلیمرها و پیوند سطحی ضعیف می شود که مستقیماً بر استحکام برشی بین لایه ای مواد کامپوزیت تأثیر می گذارد.

افزایش فعالیت سطحی: این امر امکان انتقال موثر بار تنش بین فیبر کربن و ماده ماتریس را فراهم می کند و در نتیجه ارزش مواد الیاف را در کاربردهای صنعتی افزایش می دهد.

بهبود خواص الیاف: این شامل بهبود مقاومت دما و مقاومت در برابر اکسیداسیون است که می تواند با وارد کردن مقادیر کمی از عناصر مانند P، B و Zn بر روی سطح الیاف یا با پوشش دادن با لایه های فلزی یا غیرفلزی به دست آید.

II. تجزیه و تحلیل مکانیزم اصلاح

1. مکانیسم اصلاح فیزیکی: اصلاح فیزیکی الیاف کربن عمدتاً با افزایش زبری سطح و سطح ویژه، تقویت سطحی را به دست می‌آورد:

افزایش زبری سطح: روش هایی مانند اکسیداسیون فاز گاز و عملیات پلاسما می توانند زبری سطح الیاف کربن را به میزان قابل توجهی افزایش دهند. تیمار پلاسمای آرگون با فشار اتمسفر می‌تواند محتوای اکسیژن روی سطح فیبر کربن را 22.5 درصد افزایش دهد، زاویه تماس آب را به 45.1 درجه کاهش دهد و پس از 300 ثانیه استحکام کششی را در 3.23 GPa حفظ کند. آزمایش AFM نشان داد که زبری سطح (Ra) از 0.31 میکرومتر به 0.47 میکرومتر افزایش یافته است.

حکاکی سطحی و فعال سازی: عملیات اکسیداسیون الکتروشیمیایی، از طریق "فرایند ترکیبی اچ اکسیداسیون لایه به لایه و تغییرات گروه عملکردی"، ریز منافذ و شیارهایی را روی سطح فیبر کربن ایجاد می کند و اثر در هم تنیدگی مکانیکی را افزایش می دهد.

بهبود مورفولوژی سطح: "تصفیه با پلاسما آلاینده ها را از طریق بمباران فیزیکی حذف می کند و گروه های فعال هیدروکسیل/کربوکسیل را معرفی می کند که به طور قابل توجهی استحکام برشی بین لایه ها را بهبود می بخشد."

2. مکانیسم اصلاح شیمیایی

اصلاح شیمیایی الیاف کربن عمدتاً با معرفی گروه‌های عملکردی فعال، به افزایش سطحی دست می‌یابد:

معرفی گروه های عاملی حاوی اکسیژن: اکسیداسیون فاز مایع (با استفاده از اسید نیتریک غلیظ، اسید سولفوریک غلیظ، پراکسید هیدروژن و غیره به عنوان اکسیدان) و اکسیداسیون الکتروشیمیایی می تواند انواع و تعداد گروه های عاملی حاوی اکسیژن (مانند گروه های هیدروکسیل و کربوکسیل) را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. درمان پتانسیومتری الکترولیتی می‌تواند محتوای اکسیژن روی سطح فیبر کربن را از 9.36 درصد به 18.04 درصد افزایش دهد، زاویه تماس را از 90.2 درجه به 62.4 درجه کاهش دهد و مقاومت برشی بین لایه‌ای را تا 56 درصد افزایش دهد.

تشکیل پیوند شیمیایی: "DA یا پلی دوپامین (PDA) عمدتاً با واکنش -NH2 در مولکول با گروه های عاملی -C=O و -COO- روی سطح فیبر کربن از طریق واکنش پایه شیف، اصلاح پیوند شیمیایی را انجام می دهد و پیوندهای شیمیایی پایداری را روی سطح فیبر کربن تشکیل می دهد.

واکنش پیوند سطحی: روش پیوند سطحی شامل "قرار دادن الیاف کربن در فضایی از مونومرهای فعال، جایی که تحت عمل یک آغازگر، مونومرها با گروه های فعال یا اتم های کربن لبه روی الیاف واکنش می دهند."

روش اصلاح ویژه: "در محلول NH4HCO3، سطح الیاف عمدتاً تحت یک واکنش آزادسازی اکسیژن الکترولیتی آب و یک واکنش اکسیداسیون الکتروشیمیایی برخی از مواد الکترواکتیو قرار می‌گیرد؛ محتوای گروه‌های عاملی مختلف حاوی اکسیژن روی سطح الیاف به طور مداوم با افزایش زمان درمان تغییر می‌کند، و واکنش گروه‌های NH4 روی سطح فیبر با تعداد زیادی تابعی از سطح فیبر تغییر می‌کند. گروه های آمید به سطح الیاف. اصلاح عامل جفت کننده: "یک عامل جفت کننده آمینوسیلان (KH550) برای درمان سطح الیاف کربن استفاده شد و یک لایه رابط پیوند شیمیایی ایجاد کرد.

پس از اصلاح: تعداد گروه‌های عاملی فعال افزایش یافت: محتوای O-C=O 95.24٪ افزایش یافت و محتوای C=O تا 508.45٪ افزایش یافت و سایت‌های پیوند رزین بیشتری را تشکیل داد.

III. عملکرد جامع جلوه های اصلاح

پس از اصلاح، قطبیت سطح الیاف کربن به طور قابل توجهی بهبود یافت، زاویه تماس کاهش یافت، و ترشوندگی افزایش یافت، در نتیجه به طور موثر خواص سطحی مواد کامپوزیت بهبود یافت. فن آوری اصلاح سطح فعالیت سطحی الیاف کربن را افزایش می دهد، خواص سطحی بین الیاف کربن و مواد ماتریس را تقویت می کند و چسبندگی آنها به ماتریس را بهبود می بخشد.

در کاربردهای عملی، مقاومت برشی سطحی بین الیاف کربن اصلاح شده و ماتریس رزین به طور قابل توجهی بهبود یافته است. IFSS الیاف کربن اصلاح شده با DA و رزین اپوکسی E51 به 65.32 مگاپاسکال افزایش یافت که 47.35 درصد افزایش نسبت به الیاف کربن اصلاح نشده است.

به طور خلاصه،فیبر کربناصلاح به طور موثر خواص سطحی بین الیاف کربن و ماتریس را از طریق مکانیسم های فیزیکی و شیمیایی بهبود می بخشد، در نتیجه عملکرد کلی مواد کامپوزیت را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد.

Semicorex کیفیت بالایی را ارائه می دهدکامپوزیت فیبر کربنمحصولات اگر سؤالی دارید یا نیاز به جزئیات بیشتری دارید، لطفاً در تماس با ما دریغ نکنید.

تلفن تماس 86-13567891907

ایمیل: sales@semicorex.com