Modifikácia uhlíkových vlákien

I. Účel modifikácie uhlíkových vlákien

Zlepšenie kompatibility medziuhlíkové vláknoa matrica: Zlepšenie mechanických vlastností kompozitných materiálov a posilnenie mechanického vzájomného spojenia, fyzikálnej adhézie a chemickej väzby medzi povrchom vlákna a matricou.

Zlepšenie medzifázového spojenia: Počas výroby sú uhlíkové vlákna podrobené vysokoteplotnej karbonizácii nad 1000 °C, výsledkom čoho je hladký povrch bez aktívnych funkčných skupín. To vedie k povrchovej inertnosti, zlej adhézii k polymérom a slabej medzifázovej väzbe, čo priamo ovplyvňuje interlaminárnu pevnosť v šmyku kompozitného materiálu.

Zlepšenie povrchovej aktivity: To umožňuje efektívny prenos zaťaženia medzi uhlíkovými vláknami a materiálom matrice, čím sa zvyšuje hodnota vláknitého materiálu v priemyselných aplikáciách.

Zlepšenie vlastností vlákien: Zahŕňa to zlepšenie teplotnej odolnosti a odolnosti voči oxidácii, ktoré možno dosiahnuť zavedením stopových množstiev prvkov, ako sú P, B a Zn, na povrch vlákna alebo potiahnutím kovovými alebo nekovovými vrstvami.

II. Analýza mechanizmu modifikácie

1. Mechanizmus fyzickej modifikácie: Fyzikálna modifikácia uhlíkových vlákien dosahuje hlavne spevnenie rozhrania zvýšením drsnosti povrchu a špecifického povrchu:

Zvýšenie drsnosti povrchu: Metódy ako oxidácia v plynnej fáze a plazmové spracovanie môžu výrazne zvýšiť drsnosť povrchu uhlíkových vlákien. "Ošetrenie argónovou plazmou pri atmosférickom tlaku môže zvýšiť obsah kyslíka na povrchu uhlíkových vlákien o 22,5 %, znížiť kontaktný uhol vody na 45,1° a udržať pevnosť v ťahu na 3,23 GPa po 300 sekundách ošetrenia." Testovanie AFM ukázalo, že drsnosť povrchu (Ra) sa zvýšila z 0,31 μm na 0,47 μm.

Povrchové leptanie a aktivácia: Elektrochemická oxidačná úprava prostredníctvom „kombinovaného procesu oxidačného leptania vrstvy po vrstve a zmien funkčných skupín“ vytvára mikropóry a drážky na povrchu uhlíkových vlákien, čím sa zvyšuje efekt mechanického vzájomného spojenia.

Zlepšenie morfológie povrchu: "Plazmová úprava odstraňuje kontaminanty prostredníctvom fyzikálneho bombardovania a zavádza hydroxyl/karboxylové aktívne skupiny, čím sa výrazne zlepšuje pevnosť medzivrstvy v šmyku."

2. Mechanizmus chemickej modifikácie

Chemickou modifikáciou uhlíkových vlákien sa dosahuje predovšetkým zlepšenie rozhrania zavedením aktívnych funkčných skupín:

Zavedenie funkčných skupín obsahujúcich kyslík: Oxidácia v kvapalnej fáze (použitím koncentrovanej kyseliny dusičnej, koncentrovanej kyseliny sírovej, peroxidu vodíka atď. ako oxidantov) a elektrochemická oxidácia môžu výrazne zvýšiť typy a počet funkčných skupín obsahujúcich kyslík (ako sú hydroxylové a karboxylové skupiny) na povrchu uhlíkových vlákien. „Elektrolytická potenciometrická úprava môže zvýšiť obsah kyslíka na povrchu uhlíkových vlákien z 9,36 % na 18,04 %, znížiť kontaktný uhol z 90,2 ° na 62,4 ° a zvýšiť medzilaminárnu pevnosť v šmyku až o 56 %.

Tvorba chemickej väzby: "DA alebo polydopamín (PDA) dosahuje hlavne modifikáciu chemického očkovania reakciou -NH₂ v molekule s -C=O a -COO- funkčnými skupinami na povrchu uhlíkových vlákien prostredníctvom reakcie Schiffovej bázy, čím sa vytvárajú stabilné chemické väzby na povrchu uhlíkových vlákien."

Reakcia povrchového vrúbľovania: Metóda povrchového vrúbľovania zahŕňa "umiestnenie uhlíkového vlákna do atmosféry aktívnych monomérov, kde pôsobením iniciátora monoméry reagujú s aktívnymi skupinami alebo okrajovými atómami uhlíka na vlákne."

Špeciálna metóda modifikácie: „V roztoku NH4HCO₃ sa povrch vlákna podrobuje hlavne elektrolytickej reakcii uvoľňovania kyslíka z vody a elektrochemickej oxidačnej reakcii niektorých elektroaktívnych látok; obsah rôznych funkčných skupín obsahujúcich kyslík na povrchu vlákna sa neustále mení s predlžovaním doby úpravy a reakcia NH4₄⁺ s funkčnými skupinami na povrchu vlákna zavádza do veľkého počtu amidových skupín vlákna.“ Modifikácia spojovacieho činidla: "Aminosilánové spojovacie činidlo (KH550) sa použilo na ošetrenie povrchu uhlíkových vlákien, čím sa vytvorila chemicky viazaná medzivrstva.

Po modifikácii: počet aktívnych funkčných skupín sa zvýšil: obsah O-C=O sa zvýšil o 95,24 % a obsah C=O vzrástol o 508,45 %, čím sa vytvorilo viac miest na viazanie živice.

III. Komplexný výkon modifikačných efektov

Po úprave sa výrazne zlepšila povrchová polarita uhlíkových vlákien, znížil sa kontaktný uhol a zvýšila sa zmáčavosť, čím sa účinne zlepšili medzifázové vlastnosti kompozitného materiálu. "Technológia povrchovej úpravy zvyšuje povrchovú aktivitu uhlíkových vlákien, posilňuje medzifázové vlastnosti medzi uhlíkovými vláknami a materiálom matrice a zlepšuje ich priľnavosť k matrici."

V praktických aplikáciách sa výrazne zlepšila medzipovrchová pevnosť v šmyku medzi modifikovanými uhlíkovými vláknami a živicovou matricou. "IFSS uhlíkových vlákien modifikovaných DA a epoxidovej živice E51 sa zvýšil na 65,32 MPa, čo je 47,35% nárast v porovnaní s nemodifikovanými uhlíkovými vláknami."

v súhrneuhlíkové vláknomodifikácia účinne zlepšuje vlastnosti rozhrania medzi uhlíkovými vláknami a matricou prostredníctvom fyzikálnych aj chemických mechanizmov, čím výrazne zlepšuje celkový výkon kompozitného materiálu.

Semicorex ponúka vysokú kvalitukompozit z uhlíkových vlákienproduktov. Ak máte akékoľvek otázky alebo potrebujete ďalšie podrobnosti, neváhajte nás kontaktovať.

Kontaktné telefónne číslo +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com