Модификация на въглеродни влакна

I. Цел на модификацията на въглеродни влакна

Подобряване на съвместимостта междувъглеродни влакнаи матрицата: Подобряване на механичните свойства на композитните материали и укрепване на механичното блокиране, физическата адхезия и химическото свързване между повърхността на влакната и матрицата.

Подобряване на междинното свързване: По време на производството въглеродните влакна се подлагат на високотемпературна карбонизираща обработка над 1000 ℃, което води до гладка повърхност без активни функционални групи. Това води до инертност на повърхността, лоша адхезия към полимери и слабо междуфазово свързване, което пряко засяга междуслойната якост на срязване на композитния материал.

Подобряване на повърхностната активност: Това позволява ефективно прехвърляне на напрежението между въглеродните влакна и матричния материал, като по този начин увеличава стойността на влакнестия материал в промишлени приложения.

Подобряване на свойствата на влакното: Това включва подобряване на температурната устойчивост и устойчивостта на окисление, което може да се постигне чрез въвеждане на следи от елементи като P, B и Zn върху повърхността на влакното или чрез покриване с метални или неметални слоеве.

II. Механизъм на анализ на модификацията

1. Механизъм за физическа модификация: Физическата модификация на въглеродните влакна основно постига междуфазна армировка чрез увеличаване на грапавостта на повърхността и специфичната повърхностна площ:

Увеличаване на грапавостта на повърхността: Методи като окисляване в газова фаза и плазмена обработка могат значително да увеличат грапавостта на повърхността на въглеродните влакна. "Обработката с аргонова плазма при атмосферно налягане може да увеличи съдържанието на кислород върху повърхността на въглеродните влакна с 22,5%, да намали контактния ъгъл на водата до 45,1° и да поддържа якостта на опън при 3,23 GPa след 300 секунди обработка." AFM тестването показа, че грапавостта на повърхността (Ra) се е увеличила от 0,31 μm на 0,47 μm.

Повърхностно ецване и активиране: Електрохимично окислително третиране чрез „комбиниран процес на послойно окислително ецване и промени на функционалните групи“ създава микропори и жлебове върху повърхността на въглеродните влакна, увеличавайки ефекта на механичното блокиране.

Подобряване на морфологията на повърхността: "Плазмената обработка премахва замърсителите чрез физическо бомбардиране и въвежда хидроксилни/карбоксилни активни групи, като значително подобрява якостта на срязване на междуслойния слой."

2. Механизъм на химична модификация

Химическата модификация на въглеродните влакна основно постига подобрение на повърхността чрез въвеждане на активни функционални групи:

Въвеждане на кислородсъдържащи функционални групи: Окислението в течна фаза (използване на концентрирана азотна киселина, концентрирана сярна киселина, водороден прекис и др. като окислители) и електрохимичното окисление могат значително да увеличат видовете и броя на кислородсъдържащите функционални групи (като хидроксилни и карбоксилни групи) върху повърхността на въглеродните влакна. „Електролитното потенциометрично третиране може да повиши съдържанието на кислород върху повърхността на въглеродните влакна от 9,36% до 18,04%, да намали контактния ъгъл от 90,2° до 62,4° и да увеличи междуслойната якост на срязване с до 56%.“

Образуване на химическа връзка: "DA или полидопаминът (PDA) постига главно модификация на химическо присаждане чрез взаимодействие на -NH₂ в молекулата с функционалните групи -C=O и -COO- на повърхността на въглеродните влакна чрез основна реакция на Шиф, образувайки стабилни химични връзки на повърхността на въглеродните влакна."

Реакция на повърхностно присаждане: Методът на повърхностно присаждане включва "поставяне на въглеродните влакна в атмосфера от активни мономери, където под действието на инициатор мономерите реагират с активните групи или крайните въглеродни атоми на влакното."

Специален метод на модификация: „В разтвор на NH₄HCO₃ повърхността на влакното претърпява главно реакция на електролитно освобождаване на кислород от вода и реакция на електрохимично окисление на някои електроактивни вещества; съдържанието на различни кислородсъдържащи функционални групи на повърхността на влакното се променя непрекъснато с удължаване на времето за обработка и реакцията на NH₄⁺ с функционалните групи на повърхността на влакното въвежда голям брой амидни групи в влакнеста повърхност." Модификация на свързващия агент: „Аминосиланов свързващ агент (KH550) беше използван за третиране на повърхността на въглеродни влакна, образувайки химически свързан интерфейсен слой.

След модификация: броят на активните функционални групи се увеличи: съдържанието на O-C=O се увеличи с 95,24%, а съдържанието на C=O се увеличи с 508,45%, образувайки повече места за свързване на смола."

III. Цялостно представяне на модифициращи ефекти

След модификация повърхностната полярност на въглеродните влакна значително се подобри, контактният ъгъл намаля и омокряемостта се подобри, като по този начин ефективно се подобриха свойствата на повърхността на композитния материал. „Технологията за модифициране на повърхността подобрява повърхностната активност на въглеродните влакна, укрепва свойствата на повърхността между въглеродните влакна и материала на матрицата и подобрява тяхната адхезия към матрицата.“

При практически приложения якостта на междинно срязване между модифицираните въглеродни влакна и матрицата от смола значително се подобри. „IFSS на DA-модифицирани въглеродни влакна и епоксидна смола E51 се увеличи до 65,32 MPa, 47,35% увеличение в сравнение с немодифицираните въглеродни влакна.“

В обобщение,въглеродни влакнаМодификацията ефективно подобрява свойствата на повърхността между въглеродните влакна и матрицата чрез физически и химически механизми, като по този начин значително подобрява цялостната производителност на композитния материал.

Semicorex предлага високо качествокомпозит от въглеродни влакнапродукти. Ако имате запитвания или се нуждаете от допълнителни подробности, моля не се колебайте да се свържете с нас.

Телефон за връзка +86-13567891907

Имейл: sales@semicorex.com