Süsinikkiu modifikatsioon

I. Süsinikkiudude modifitseerimise eesmärk

Ühilduvuse parandaminesüsinikkiudja maatriks: komposiitmaterjalide mehaaniliste omaduste parandamine ning mehaanilise blokeeringu, füüsilise adhesiooni ja keemilise sideme tugevdamine kiu pinna ja maatriksi vahel.

Liidese sidumise parandamine: Tootmise ajal läbivad süsinikkiud karboniseerimistöötluse kõrgel temperatuuril üle 1000 ℃, mille tulemuseks on sile pind, millel puuduvad aktiivsed funktsionaalrühmad. See toob kaasa pinna inertsuse, halva nakkuvuse polümeeridega ja nõrga liidese sidumise, mis mõjutab otseselt komposiitmaterjali kihtidevahelist nihketugevust.

Pinnaaktiivsuse suurendamine: see võimaldab tõhusat pingekoormuse ülekandmist süsinikkiu ja maatriksmaterjali vahel, suurendades seeläbi kiudmaterjali väärtust tööstuslikes rakendustes.

Kiudude omaduste parandamine: see hõlmab temperatuurikindluse ja oksüdatsioonikindluse parandamist, mida on võimalik saavutada, lisades kiu pinnale mikrokoguseid elemente, nagu P, B ja Zn, või kattes need metalliliste või mittemetalliliste kihtidega.

II. Modifikatsiooni mehhanismi analüüs

1. Füüsikaline modifitseerimismehhanism: süsinikkiudude füüsikalise modifitseerimisega saavutatakse peamiselt pindade tugevdamine, suurendades pinna karedust ja eripinda:

Pinna kareduse suurendamine: sellised meetodid nagu gaasifaasiline oksüdatsioon ja plasmatöötlus võivad süsinikkiudude pinnakaredust oluliselt suurendada. "Atmosfäärirõhuga argooni plasmatöötlus võib suurendada hapnikusisaldust süsinikkiu pinnal 22,5%, vähendada veekontakti nurka 45,1°-ni ja säilitada tõmbetugevus 3,23 GPa juures pärast 300 sekundilist töötlemist." AFM-i testimine näitas, et pinna karedus (Ra) suurenes 0,31 μm-lt 0,47 μm-ni.

Pinna söövitamine ja aktiveerimine: elektrokeemiline oksüdatsioonitöötlus "kiht-kihilise oksüdatsiooni söövitamise ja funktsionaalsete rühmade muutmise kombineeritud protsessiga" loob süsinikkiu pinnale mikropoorid ja sooned, suurendades mehaanilist blokeerumist.

Pinna morfoloogia parandamine: "Plasmatöötlus eemaldab saasteained füüsilise pommitamise teel ja lisab hüdroksüül-/karboksüülrühma aktiivseid rühmi, parandades oluliselt kihtidevahelist nihketugevust."

2. Keemilise modifitseerimise mehhanism

Süsinikkiudude keemilise modifitseerimisega saavutatakse peamiselt pindade vaheline täiustamine aktiivsete funktsionaalrühmade sisseviimisega:

Hapnikku sisaldavate funktsionaalrühmade kasutuselevõtt: Vedelfaasiline oksüdatsioon (kasutades oksüdeerijatena kontsentreeritud lämmastikhapet, kontsentreeritud väävelhapet, vesinikperoksiidi jne) ja elektrokeemiline oksüdatsioon võivad oluliselt suurendada hapnikku sisaldavate funktsionaalrühmade (nagu hüdroksüül- ja karboksüülrühmad) tüüpe ja arvu süsinikkiu pinnal. "Elektrolüütiline potentsiomeetriline töötlemine võib suurendada hapnikusisaldust süsinikkiu pinnal 9,36%-lt 18,04%-le, vähendada kontaktnurka 90,2°-lt 62,4°-le ja suurendada kihtidevahelist nihketugevust kuni 56%.

Keemilise sideme moodustumine: "DA või polüdopamiin (PDA) saavutab peamiselt keemilise pookimise modifikatsiooni, pannes molekulis oleva -NH2 reageerima süsinikkiu pinnal olevate funktsionaalrühmadega -C=O ja -COO- Schiffi alusreaktsiooni kaudu, moodustades süsinikkiu pinnal stabiilsed keemilised sidemed."

Pinna pookimisreaktsioon: pinnapookimise meetod hõlmab "süsinikkiu asetamist aktiivsete monomeeride atmosfääri, kus monomeerid reageerivad initsiaatori toimel kiu aktiivsete rühmade või serva süsinikuaatomitega".

Spetsiaalne modifitseerimismeetod: "NH₄HCO₃ lahuses läbib kiu pind peamiselt vee elektrolüütilise hapniku vabastamise reaktsiooni ja mõnede elektroaktiivsete ainete elektrokeemilise oksüdatsioonireaktsiooni; erinevate hapnikku sisaldavate funktsionaalrühmade sisaldus kiu pinnal muutub pidevalt töötlemise aja pikenemisega ja NH₄⁺ reaktsioon kiu pinna amiidi funktsionaalrühmadega viib suure hulga kiu pinna funktsionaalrühmadesse." Sideaine modifikatsioon: "Süsinikkiudude pinna töötlemiseks kasutati aminosilaani sidestusainet (KH550), mis moodustas keemiliselt seotud liidesekihi.

Pärast modifikatsiooni: aktiivsete funktsionaalrühmade arv suurenes: O-C=O sisaldus suurenes 95,24% ja C=O sisaldus tõusis 508,45%, moodustades rohkem vaigu sidumiskohti.

III. Modifikatsiooniefektide terviklik jõudlus

Pärast modifitseerimist paranes oluliselt süsinikkiudude pinna polaarsus, vähenes kontaktnurk ja paranes märgatavus, parandades seeläbi tõhusalt komposiitmaterjali liidese omadusi. "Pinna modifitseerimise tehnoloogia suurendab süsinikkiudude pinnaaktiivsust, tugevdab süsinikkiudude ja maatriksi materjali liidese omadusi ning parandab nende nakkumist maatriksiga."

Praktilistes rakendustes paranes oluliselt modifitseeritud süsinikkiudude ja vaigumaatriksi vaheline liidese nihketugevus. "DA-ga modifitseeritud süsinikkiudude ja epoksüvaigu E51 IFSS tõusis 65,32 MPa-ni, mis on 47,35% rohkem kui modifitseerimata süsinikkiud."

Kokkuvõttessüsinikkiudmodifikatsioon parandab tõhusalt süsinikkiudude ja maatriksi liidese omadusi nii füüsikaliste kui ka keemiliste mehhanismide kaudu, parandades seeläbi oluliselt komposiitmaterjali üldist jõudlust.

Semicorex pakub kõrget kvaliteetisüsinikkiust komposiittooteid. Kui teil on küsimusi või vajate lisateavet, võtke meiega ühendust.

Kontakttelefon # +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com