Karbon Fiber Modifikasyonu

I. Karbon Fiber Modifikasyonunun Amacı

Arasındaki uyumluluğun iyileştirilmesikarbon fiberve matris: Kompozit malzemelerin mekanik özelliklerinin geliştirilmesi ve fiber yüzeyi ile matris arasındaki mekanik kenetlenmenin, fiziksel yapışmanın ve kimyasal bağın güçlendirilmesi.

Arayüzey bağının iyileştirilmesi: Üretim sırasında karbon fiberler, 1000°C'nin üzerinde yüksek sıcaklıkta karbonizasyon işlemine tabi tutulur, bu da aktif fonksiyonel grupların bulunmadığı pürüzsüz bir yüzeyle sonuçlanır. Bu durum yüzey hareketsizliğine, polimerlere zayıf yapışmaya ve zayıf arayüzey bağına yol açarak kompozit malzemenin tabakalar arası kayma mukavemetini doğrudan etkiler.

Yüzey aktivitesinin arttırılması: Bu, karbon fiber ile matris malzemesi arasında etkili stres yükü aktarımına olanak tanır, böylece endüstriyel uygulamalarda fiber malzemenin değeri artar.

Lif özelliklerinin iyileştirilmesi: Bu, lif yüzeyine eser miktarda P, B ve Zn gibi elementlerin eklenmesiyle veya metalik veya metalik olmayan katmanlarla kaplanmasıyla elde edilebilecek sıcaklık direncinin ve oksidasyon direncinin iyileştirilmesini içerir.

II. Modifikasyonun Mekanizma Analizi

1. Fiziksel Modifikasyon Mekanizması: Karbon fiberlerin fiziksel modifikasyonu esas olarak yüzey pürüzlülüğünü ve spesifik yüzey alanını artırarak arayüzey takviyesi sağlar:

Yüzey pürüzlülüğünün arttırılması: Gaz fazı oksidasyonu ve plazma işlemi gibi yöntemler, karbon fiberlerin yüzey pürüzlülüğünü önemli ölçüde artırabilir. "Atmosferik basınçlı argon plazma işlemi, karbon fiber yüzeyindeki oksijen içeriğini %22,5 oranında artırabilir, su temas açısını 45,1°'ye düşürebilir ve 300 saniyelik işlemden sonra çekme mukavemetini 3,23 GPa'da tutabilir." AFM testi, yüzey pürüzlülüğünün (Ra) 0,31 μm'den 0,47 μm'ye yükseldiğini gösterdi.

Yüzey aşındırma ve aktivasyon: "Katman katman oksidasyon aşındırma ve fonksiyonel grup değişikliklerinin birleşik süreci" aracılığıyla yapılan elektrokimyasal oksidasyon işlemi, karbon fiber yüzeyinde mikro gözenekler ve oluklar oluşturarak mekanik kilitleme etkisini artırır.

Yüzey morfolojisinin iyileştirilmesi: "Plazma işlemi, kirletici maddeleri fiziksel bombardıman yoluyla ortadan kaldırır ve hidroksil/karboksil aktif gruplarını dahil ederek katmanlar arası kayma mukavemetini önemli ölçüde artırır."

2. Kimyasal modifikasyon mekanizması

Karbon fiberlerin kimyasal modifikasyonu esas olarak aktif fonksiyonel grupları dahil ederek arayüzey iyileştirmeyi sağlar:

Oksijen içeren fonksiyonel grupların tanıtılması: Sıvı faz oksidasyonu (oksidanlar olarak konsantre nitrik asit, konsantre sülfürik asit, hidrojen peroksit vb. kullanılarak) ve elektrokimyasal oksidasyon, karbon fiber yüzeyindeki oksijen içeren fonksiyonel grupların (hidroksil ve karboksil grupları gibi) türlerini ve sayılarını önemli ölçüde artırabilir. "Elektrolitik potansiyometrik işlem, karbon fiber yüzeyindeki oksijen içeriğini %9,36'dan %18,04'e artırabilir, temas açısını 90,2°'den 62,4°'ye azaltabilir ve tabakalar arası kesme mukavemetini %56'ya kadar artırabilir."

Kimyasal Bağ Oluşumu: "DA veya polidopamin (PDA), temel olarak moleküldeki -NH₂'yi karbon fiber yüzeyindeki -C=O ve -COO- fonksiyonel gruplarla bir Schiff bazı reaksiyonu yoluyla reaksiyona sokarak kimyasal aşılama modifikasyonunu gerçekleştirir ve karbon fiber yüzeyinde stabil kimyasal bağlar oluşturur."

Yüzey Aşılama Reaksiyonu: Yüzey aşılama yöntemi, "karbon fiberin aktif monomerlerden oluşan bir atmosfere yerleştirilmesini, burada bir başlatıcının etkisi altında monomerlerin fiber üzerindeki aktif gruplarla veya kenar karbon atomlarıyla reaksiyona girmesini" içerir.

Özel Modifikasyon Yöntemi: "NH₄HCO₃ çözeltisinde, fiber yüzeyi esas olarak suyun elektrolitik oksijen salınım reaksiyonuna ve bazı elektroaktif maddelerin elektrokimyasal oksidasyon reaksiyonuna uğrar; fiber yüzeyindeki çeşitli oksijen içeren fonksiyonel grupların içeriği, işlem süresinin uzatılmasıyla sürekli olarak değişir ve NH₄⁺'nin fiber yüzeyindeki fonksiyonel gruplarla reaksiyonu, fiber yüzeyine çok sayıda amid grubu sokar." Birleştirici Maddenin Modifikasyonu: "Karbon fiberlerin yüzeyini işlemden geçirmek ve kimyasal olarak bağlı bir arayüz katmanı oluşturmak için bir aminosilan birleştirme maddesi (KH550) kullanıldı.

Modifikasyondan sonra: aktif fonksiyonel grupların sayısı arttı: O-C=O içeriği %95,24 arttı ve C=O içeriği %508,45 arttı, daha fazla reçine bağlanma bölgesi oluştu."

III. Modifikasyon Efektlerinin Kapsamlı Performansı

Modifikasyondan sonra, karbon fiberlerin yüzey polaritesi önemli ölçüde iyileşti, temas açısı azaldı ve ıslanabilirlik arttı, böylece kompozit malzemenin arayüzey özellikleri etkili bir şekilde iyileştirildi. "Yüzey modifikasyon teknolojisi, karbon fiberlerin yüzey aktivitesini arttırır, karbon fiberler ile matris malzemesi arasındaki arayüzey özelliklerini güçlendirir ve bunların matrise yapışmasını geliştirir."

Pratik uygulamalarda, modifiye edilmiş karbon fiberler ile reçine matrisi arasındaki arayüzey kayma mukavemeti önemli ölçüde iyileştirildi. "DA ile modifiye edilmiş karbon fiberlerin ve epoksi reçine E51'in IFSS'si, modifiye edilmemiş karbon fiberlere kıyasla %47,35 artışla 65,32 MPa'ya yükseldi."

Özetle,karbon fibermodifikasyon, hem fiziksel hem de kimyasal mekanizmalar yoluyla karbon fiberler ile matris arasındaki arayüzey özelliklerini etkili bir şekilde iyileştirir, böylece kompozit malzemenin genel performansını önemli ölçüde artırır.

Semicorex yüksek kalite sunuyorkarbon fiber kompozitürünler. Herhangi bir sorunuz varsa veya ek ayrıntılara ihtiyacınız varsa, lütfen bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin.

İletişim telefonu numarası +86-13567891907

E-posta: sales@semicorex.com