การปรับเปลี่ยนคาร์บอนไฟเบอร์

I. วัตถุประสงค์ของการปรับเปลี่ยนคาร์บอนไฟเบอร์

การปรับปรุงความเข้ากันได้ระหว่างคาร์บอนไฟเบอร์และเมทริกซ์: การปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของวัสดุคอมโพสิตและเสริมความแข็งแรงของการเชื่อมต่อทางกล การยึดเกาะทางกายภาพ และพันธะเคมีระหว่างพื้นผิวของเส้นใยและเมทริกซ์

การปรับปรุงการยึดเกาะระหว่างพื้นผิว: ในระหว่างการผลิต เส้นใยคาร์บอนจะผ่านการบำบัดคาร์บอไนเซชันที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000°C ส่งผลให้พื้นผิวเรียบขาดกลุ่มฟังก์ชันที่ใช้งานอยู่ สิ่งนี้นำไปสู่ความเฉื่อยของพื้นผิว การยึดเกาะกับโพลีเมอร์ต่ำ และพันธะระหว่างพื้นผิวที่อ่อนแอ ส่งผลโดยตรงต่อกำลังรับแรงเฉือนระหว่างชั้นของวัสดุคอมโพสิต

การปรับปรุงกิจกรรมพื้นผิว: ช่วยให้สามารถถ่ายโอนภาระความเค้นระหว่างคาร์บอนไฟเบอร์และวัสดุเมทริกซ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะเป็นการเพิ่มมูลค่าของวัสดุเส้นใยในการใช้งานทางอุตสาหกรรม

การปรับปรุงคุณสมบัติของเส้นใย: รวมถึงการปรับปรุงความต้านทานต่ออุณหภูมิและความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน ซึ่งสามารถทำได้โดยการนำองค์ประกอบจำนวนเล็กน้อย เช่น P, B และ Zn ลงบนพื้นผิวของเส้นใย หรือโดยการเคลือบด้วยชั้นโลหะหรืออโลหะ

ครั้งที่สอง การวิเคราะห์กลไกของการดัดแปลง

1. กลไกการปรับเปลี่ยนทางกายภาพ: การปรับเปลี่ยนทางกายภาพของคาร์บอนไฟเบอร์ส่วนใหญ่ได้รับการเสริมแรงจากพื้นผิวโดยการเพิ่มความหยาบของพื้นผิวและพื้นที่ผิวจำเพาะ:

การเพิ่มความหยาบของพื้นผิว: วิธีการต่างๆ เช่น ออกซิเดชันในเฟสก๊าซและการบำบัดด้วยพลาสมา สามารถเพิ่มความหยาบผิวของเส้นใยคาร์บอนได้อย่างมาก "การบำบัดด้วยพลาสมาอาร์กอนความดันบรรยากาศสามารถเพิ่มปริมาณออกซิเจนบนพื้นผิวคาร์บอนไฟเบอร์ได้ 22.5% ลดมุมสัมผัสของน้ำเป็น 45.1° และรักษาความต้านทานแรงดึงที่ 3.23 GPa หลังจากการบำบัด 300 วินาที" การทดสอบ AFM แสดงให้เห็นว่าความหยาบผิว (Ra) เพิ่มขึ้นจาก 0.31 μm เป็น 0.47 μm

การแกะสลักพื้นผิวและการกระตุ้น: การบำบัดด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชันทางเคมีไฟฟ้าผ่าน "กระบวนการรวมของการกัดออกซิเดชันแบบชั้นต่อชั้นและการเปลี่ยนแปลงกลุ่มการทำงาน" จะสร้างไมโครรูขุมขนและร่องบนพื้นผิวคาร์บอนไฟเบอร์ ซึ่งจะเพิ่มเอฟเฟกต์การประสานทางกล

การปรับปรุงสัณฐานวิทยาของพื้นผิว: "การบำบัดด้วยพลาสม่าจะขจัดสิ่งปนเปื้อนโดยการทิ้งระเบิดทางกายภาพ และแนะนำกลุ่มที่ใช้งานของไฮดรอกซิล/คาร์บอกซิล ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานแรงเฉือนระหว่างชั้นได้อย่างมีนัยสำคัญ"

2. กลไกการดัดแปลงทางเคมี

การดัดแปลงทางเคมีของเส้นใยคาร์บอนทำให้ได้รับการปรับปรุงพื้นผิวโดยการแนะนำกลุ่มฟังก์ชันที่ใช้งานอยู่:

การแนะนำกลุ่มฟังก์ชันที่มีออกซิเจน: ออกซิเดชันในเฟสของเหลว (โดยใช้กรดไนตริกเข้มข้น กรดซัลฟิวริกเข้มข้น ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ฯลฯ เป็นสารออกซิไดซ์) และออกซิเดชันเคมีไฟฟ้าสามารถเพิ่มประเภทและจำนวนหมู่ฟังก์ชันที่มีออกซิเจน (เช่น หมู่ไฮดรอกซิลและคาร์บอกซิล) บนพื้นผิวคาร์บอนไฟเบอร์ได้อย่างมีนัยสำคัญ "การบำบัดด้วยโพเทนชิโอเมตริกด้วยไฟฟ้าสามารถเพิ่มปริมาณออกซิเจนบนพื้นผิวคาร์บอนไฟเบอร์จาก 9.36% เป็น 18.04% ลดมุมสัมผัสจาก 90.2° เป็น 62.4° และเพิ่มความต้านทานแรงเฉือนระหว่างชั้นได้ถึง 56%"

การก่อตัวของพันธะเคมี: "DA หรือโพลีโดปามีน (PDA) ส่วนใหญ่ประสบความสำเร็จในการปรับเปลี่ยนกราฟต์ทางเคมีโดยทำปฏิกิริยา -NH₂ ในโมเลกุลกับกลุ่มฟังก์ชัน -C=O และ -COO- บนพื้นผิวคาร์บอนไฟเบอร์ผ่านปฏิกิริยาฐาน Schiff ซึ่งสร้างพันธะเคมีที่เสถียรบนพื้นผิวคาร์บอนไฟเบอร์"

ปฏิกิริยาการรับสินบนพื้นผิว: วิธีการรับสินบนพื้นผิวเกี่ยวข้องกับการ "วางคาร์บอนไฟเบอร์ในบรรยากาศของโมโนเมอร์ที่ใช้งานอยู่ โดยที่ภายใต้การกระทำของผู้ริเริ่ม โมโนเมอร์จะทำปฏิกิริยากับกลุ่มที่ใช้งานอยู่หรือขอบอะตอมของคาร์บอนบนเส้นใย"

วิธีการดัดแปลงแบบพิเศษ: "ในสารละลาย NH₄HCO₃ พื้นผิวของเส้นใยส่วนใหญ่จะผ่านปฏิกิริยาการปล่อยออกซิเจนด้วยไฟฟ้าของน้ำและปฏิกิริยาออกซิเดชันทางเคมีไฟฟ้าของสารที่ออกฤทธิ์ด้วยไฟฟ้าบางชนิด ปริมาณของกลุ่มฟังก์ชันที่มีออกซิเจนต่างๆ บนพื้นผิวของเส้นใยจะเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องตามการขยายเวลาการบำบัด และปฏิกิริยาของ NH₄⁺ กับกลุ่มการทำงานบนพื้นผิวของเส้นใยทำให้เกิดกลุ่มเอไมด์จำนวนมากเข้าสู่พื้นผิวของเส้นใย" การปรับเปลี่ยนสารเชื่อมต่อ: "สารเชื่อมต่ออะมิโนไซเลน (KH550) ถูกนำมาใช้เพื่อรักษาพื้นผิวของเส้นใยคาร์บอน โดยสร้างเป็นชั้นส่วนต่อประสานทางเคมี

หลังการปรับเปลี่ยน: จำนวนกลุ่มฟังก์ชันที่ใช้งานเพิ่มขึ้น: ปริมาณ O-C=O เพิ่มขึ้น 95.24% และปริมาณ C=O เพิ่มขึ้น 508.45% ทำให้เกิดจุดยึดเหนี่ยวเรซินมากขึ้น"

ที่สาม ประสิทธิภาพที่ครอบคลุมของเอฟเฟกต์การปรับเปลี่ยน

หลังจากการปรับเปลี่ยน ขั้วพื้นผิวของคาร์บอนไฟเบอร์ดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ มุมสัมผัสลดลง และความสามารถในการเปียกน้ำเพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงปรับปรุงคุณสมบัติการประสานของวัสดุคอมโพสิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ "เทคโนโลยีการปรับเปลี่ยนพื้นผิวช่วยเพิ่มกิจกรรมพื้นผิวของเส้นใยคาร์บอน เพิ่มความแข็งแกร่งให้กับคุณสมบัติการประสานระหว่างเส้นใยคาร์บอนกับวัสดุเมทริกซ์ และปรับปรุงการยึดเกาะกับเมทริกซ์"

ในการใช้งานจริง ความต้านทานแรงเฉือนระหว่างพื้นผิวระหว่างเส้นใยคาร์บอนดัดแปลงและเมทริกซ์เรซินดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ "IFSS ของเส้นใยคาร์บอนที่ดัดแปลงด้วย DA และอีพอกซีเรซิน E51 เพิ่มขึ้นเป็น 65.32 MPa ซึ่งเพิ่มขึ้น 47.35% เมื่อเทียบกับเส้นใยคาร์บอนที่ไม่มีการดัดแปลง"

โดยสรุปคาร์บอนไฟเบอร์การปรับเปลี่ยนช่วยปรับปรุงคุณสมบัติการยึดเกาะระหว่างคาร์บอนไฟเบอร์และเมทริกซ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านกลไกทั้งทางกายภาพและเคมี ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของวัสดุคอมโพสิตได้อย่างมีนัยสำคัญ

Semicorex นำเสนอคุณภาพสูงคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์สินค้า. หากคุณมีข้อสงสัยหรือต้องการรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดอย่าลังเลที่จะติดต่อเรา

โทรศัพท์ติดต่อ # +86-13567891907

อีเมล์: sales@semicorex.com