Modifikace uhlíkových vláken

I. Účel modifikace uhlíkových vláken

Zlepšení kompatibility meziuhlíkové vláknoa matrice: Zlepšení mechanických vlastností kompozitních materiálů a posílení mechanického vzájemného spojení, fyzikální adheze a chemické vazby mezi povrchem vlákna a matricí.

Zlepšení mezifázové vazby: Během výroby procházejí uhlíková vlákna vysokoteplotní karbonizací nad 1000 °C, což má za následek hladký povrch bez aktivních funkčních skupin. To vede k povrchové inertnosti, špatné adhezi k polymerům a slabé mezifázové vazbě, což přímo ovlivňuje interlaminární pevnost ve smyku kompozitního materiálu.

Zlepšení povrchové aktivity: To umožňuje efektivní přenos zátěže mezi uhlíkovými vlákny a matricovým materiálem, čímž se zvyšuje hodnota vláknitého materiálu v průmyslových aplikacích.

Zlepšení vlastností vláken: To zahrnuje zlepšení teplotní odolnosti a odolnosti proti oxidaci, čehož lze dosáhnout zavedením stopových množství prvků jako P, B a Zn na povrch vlákna nebo potažením kovovými nebo nekovovými vrstvami.

II. Analýza mechanismu modifikace

1. Mechanismus fyzikální modifikace: Fyzikální modifikací uhlíkových vláken se dosahuje především mezifázového zpevnění zvýšením drsnosti povrchu a specifické plochy povrchu:

Zvýšení drsnosti povrchu: Metody, jako je oxidace v plynné fázi a plazmové zpracování, mohou výrazně zvýšit drsnost povrchu uhlíkových vláken. "Ošetření argonovou plazmou za atmosférického tlaku může zvýšit obsah kyslíku na povrchu uhlíkových vláken o 22,5 %, snížit kontaktní úhel s vodou na 45,1° a udržet pevnost v tahu na 3,23 GPa po 300 sekundách ošetření." Testování AFM ukázalo, že drsnost povrchu (Ra) se zvýšila z 0,31 μm na 0,47 μm.

Povrchové leptání a aktivace: Elektrochemické oxidační ošetření prostřednictvím „kombinovaného procesu oxidačního leptání vrstvy po vrstvě a změn funkčních skupin“ vytváří mikropóry a drážky na povrchu uhlíkových vláken, čímž se zvyšuje efekt mechanického vzájemného spojení.

Zlepšení morfologie povrchu: "Plazmová úprava odstraňuje kontaminanty pomocí fyzického bombardování a zavádí hydroxylové/karboxylové aktivní skupiny, což výrazně zlepšuje pevnost mezivrstvy ve smyku."

2. Mechanismus chemické modifikace

Chemickou modifikací uhlíkových vláken se dosahuje především vylepšení rozhraní zavedením aktivních funkčních skupin:

Zavedení funkčních skupin obsahujících kyslík: Oxidace v kapalné fázi (používání koncentrované kyseliny dusičné, koncentrované kyseliny sírové, peroxidu vodíku atd. jako oxidantů) a elektrochemická oxidace mohou významně zvýšit typy a počty funkčních skupin obsahujících kyslík (jako jsou hydroxylové a karboxylové skupiny) na povrchu uhlíkových vláken. "Elektrolytická potenciometrická úprava může zvýšit obsah kyslíku na povrchu uhlíkových vláken z 9,36 % na 18,04 %, snížit kontaktní úhel z 90,2° na 62,4° a zvýšit mezilaminární pevnost ve smyku až o 56 %.

Tvorba chemické vazby: "DA nebo polydopamin (PDA) dosahuje hlavně chemické modifikace roubováním reakcí -NH₂ v molekule s -C=O a -COO- funkčními skupinami na povrchu uhlíkových vláken prostřednictvím reakce Schiffovy báze, čímž se na povrchu uhlíkových vláken vytvoří stabilní chemické vazby."

Reakce povrchového roubování: Metoda povrchového roubování zahrnuje "umístění uhlíkového vlákna do atmosféry aktivních monomerů, kde za působení iniciátoru monomery reagují s aktivními skupinami nebo okrajovými atomy uhlíku na vláknu."

Speciální metoda modifikace: „V roztoku NH4HCO₃ prochází povrch vlákna hlavně elektrolytickou reakcí uvolňující kyslík z vody a elektrochemickou oxidační reakcí některých elektroaktivních látek; obsah různých funkčních skupin obsahujících kyslík na povrchu vlákna se neustále mění s prodlužováním doby úpravy a reakce NH₄⁺ s funkčními skupinami na povrchu vlákna zavádí do velkého počtu amidových skupin vlákna.“ Modifikace vazebného činidla: "Aminosilanové vazebné činidlo (KH550) bylo použito k ošetření povrchu uhlíkových vláken, čímž se vytvořila chemicky vázaná mezivrstva.

Po modifikaci: počet aktivních funkčních skupin se zvýšil: obsah O-C=O se zvýšil o 95,24 % a obsah C=O vzrostl o 508,45 %, čímž se vytvořilo více míst pro lepení pryskyřice.

III. Komplexní výkon modifikačních efektů

Po úpravě se výrazně zlepšila povrchová polarita uhlíkových vláken, snížil se kontaktní úhel a zvýšila se smáčivost, čímž se účinně zlepšily mezifázové vlastnosti kompozitního materiálu. "Technologie modifikace povrchu zvyšuje povrchovou aktivitu uhlíkových vláken, posiluje mezifázové vlastnosti mezi uhlíkovými vlákny a materiálem matrice a zlepšuje jejich přilnavost k matrici."

V praktických aplikacích se pevnost ve smyku mezi modifikovanými uhlíkovými vlákny a pryskyřičnou matricí výrazně zlepšila. "IFSS uhlíkových vláken modifikovaných DA a epoxidové pryskyřice E51 se zvýšil na 65,32 MPa, což je 47,35% nárůst ve srovnání s nemodifikovanými uhlíkovými vlákny."

v souhrnuuhlíkové vláknomodifikace účinně zlepšuje vlastnosti rozhraní mezi uhlíkovými vlákny a matricí prostřednictvím fyzikálních i chemických mechanismů, čímž výrazně zlepšuje celkový výkon kompozitního materiálu.

Semicorex nabízí vysokou kvalitukompozit z uhlíkových vlákenprodukty. Pokud máte nějaké dotazy nebo potřebujete další podrobnosti, neváhejte nás kontaktovat.

Kontaktní telefon +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com