Modificarea fibrei de carbon

I. Scopul modificării fibrei de carbon

Îmbunătățirea compatibilității întrefibra de carbonși matricea: Îmbunătățirea proprietăților mecanice ale materialelor compozite și întărirea interblocării mecanice, a aderenței fizice și a legăturii chimice dintre suprafața fibrei și matrice.

Îmbunătățirea legăturii interfațale: în timpul producției, fibrele de carbon sunt supuse unui tratament de carbonizare la temperatură înaltă peste 1000℃, rezultând o suprafață netedă, lipsită de grupuri funcționale active. Acest lucru duce la inerția suprafeței, aderență slabă la polimeri și legare interfacială slabă, afectând direct rezistența la forfecare interlaminară a materialului compozit.

Îmbunătățirea activității de suprafață: Acest lucru permite transferul eficient al sarcinii de stres între fibra de carbon și materialul matricei, crescând astfel valoarea materialului din fibre în aplicațiile industriale.

Îmbunătățirea proprietăților fibrelor: Aceasta include îmbunătățirea rezistenței la temperatură și a rezistenței la oxidare, care poate fi obținută prin introducerea unor urme de elemente precum P, B și Zn pe suprafața fibrei sau prin acoperirea cu straturi metalice sau nemetalice.

II. Analiza mecanismului de modificare

1. Mecanism de modificare fizică: Modificarea fizică a fibrelor de carbon realizează în principal armarea interfacială prin creșterea rugozității suprafeței și a suprafeței specifice:

Creșterea rugozității suprafeței: Metode precum oxidarea în fază gazoasă și tratamentul cu plasmă pot crește semnificativ rugozitatea suprafeței fibrelor de carbon. „Tratamentul cu plasmă cu argon la presiunea atmosferică poate crește conținutul de oxigen de pe suprafața fibrei de carbon cu 22,5%, poate reduce unghiul de contact cu apa la 45,1 ° și poate menține rezistența la tracțiune la 3,23 GPa după 300 de secunde de tratament.” Testarea AFM a arătat că rugozitatea suprafeței (Ra) a crescut de la 0,31 μm la 0,47 μm.

Gravarea și activarea suprafeței: Tratamentul de oxidare electrochimică, printr-un „proces combinat de gravare prin oxidare strat cu strat și modificări ale grupului funcțional”, creează micropori și caneluri pe suprafața fibrei de carbon, crescând efectul de interblocare mecanică.

Îmbunătățirea morfologiei suprafeței: „Tratamentul cu plasmă îndepărtează contaminanții prin bombardament fizic și introduce grupări active hidroxil/carboxil, îmbunătățind semnificativ rezistența la forfecare interstrat”.

2. Mecanism de modificare chimică

Modificarea chimică a fibrelor de carbon realizează în principal îmbunătățirea interfeței prin introducerea de grupe funcționale active:

Introducerea grupelor funcționale care conțin oxigen: Oxidarea în fază lichidă (folosind acid azotic concentrat, acid sulfuric concentrat, peroxid de hidrogen etc. ca oxidanți) și oxidarea electrochimică pot crește semnificativ tipurile și numărul de grupări funcționale care conțin oxigen (cum ar fi grupările hidroxil și carboxil) de pe suprafața fibrei de carbon. „Tratamentul potențiometric electrolitic poate crește conținutul de oxigen pe suprafața fibrei de carbon de la 9,36% la 18,04%, poate reduce unghiul de contact de la 90,2 ° la 62,4 ° și poate crește rezistența la forfecare interlaminară cu până la 56%.

Formarea legăturii chimice: „DA sau polidopamina (PDA) realizează în principal modificarea grefei chimice prin reacția -NH₂ din moleculă cu grupările funcționale -C=O și -COO- de pe suprafața fibrei de carbon printr-o reacție de bază Schiff, formând legături chimice stabile pe suprafața fibrei de carbon."

Reacția de altoire la suprafață: Metoda de altoire la suprafață implică „plasarea fibrei de carbon într-o atmosferă de monomeri activi, unde, sub acțiunea unui inițiator, monomerii reacţionează cu grupările active sau atomii de carbon de margine de pe fibră”.

Metodă specială de modificare: „În soluția de NH₄HCO₃, suprafața fibrei suferă în principal o reacție electrolitică de eliberare a oxigenului a apei și o reacție electrochimică de oxidare a unor substanțe electroactive; conținutul diferitelor grupe funcționale care conțin oxigen de pe suprafața fibrei se modifică continuu odată cu prelungirea timpului de tratament, iar reacția NH⁺⁺⁺ de suprafață introduce grupări funcționale cu un număr mare de fibre. de grupări amidice în suprafața fibrei.” Modificarea agentului de cuplare: „Un agent de cuplare aminosilan (KH550) a fost folosit pentru a trata suprafața fibrelor de carbon, formând un strat de interfață legat chimic.

După modificare: numărul de grupe funcționale active a crescut: conținutul de O-C=O a crescut cu 95,24%, iar conținutul de C=O a crescut cu 508,45%, formând mai multe locuri de legătură cu rășină."

III. Performanța cuprinzătoare a efectelor modificării

După modificare, polaritatea suprafeței fibrelor de carbon s-a îmbunătățit semnificativ, unghiul de contact a scăzut și umectarea a crescut, îmbunătățind astfel în mod eficient proprietățile interfațale ale materialului compozit. „Tehnologia de modificare a suprafeței îmbunătățește activitatea de suprafață a fibrelor de carbon, întărește proprietățile interfațale dintre fibrele de carbon și materialul matricei și îmbunătățește aderența acestora la matrice.”

În aplicațiile practice, rezistența la forfecare interfacială dintre fibrele de carbon modificate și matricea de rășină s-a îmbunătățit semnificativ. „IFSS-ul fibrelor de carbon modificate cu DA și al rășinii epoxidice E51 a crescut la 65,32 MPa, o creștere cu 47,35% în comparație cu fibrele de carbon nemodificate”.

În concluzie,fibra de carbonmodificarea îmbunătățește efectiv proprietățile interfațale dintre fibrele de carbon și matrice atât prin mecanisme fizice, cât și chimice, îmbunătățind astfel semnificativ performanța generală a materialului compozit.

Semicorex oferă calitate înaltăcompozit din fibră de carbonproduse. Dacă aveți întrebări sau aveți nevoie de detalii suplimentare, vă rugăm să nu ezitați să ne contactați.

Telefon de contact +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com