Modifiering av kolfiber

I. Syftet med kolfibermodifiering

Förbättra kompatibiliteten mellankolfiberoch matrisen: Förbättring av de mekaniska egenskaperna hos kompositmaterial och förstärkning av den mekaniska sammanlåsningen, fysisk vidhäftning och kemisk bindning mellan fiberytan och matrisen.

Förbättring av gränssnittsbindning: Under tillverkning genomgår kolfibrer en högtemperaturförkolningsbehandling över 1000 ℃, vilket resulterar i en slät yta som saknar aktiva funktionella grupper. Detta leder till yttröghet, dålig vidhäftning till polymerer och svag gränsytebindning, vilket direkt påverkar den interlaminära skjuvhållfastheten hos kompositmaterialet.

Förbättrad ytaktivitet: Detta möjliggör effektiv överföring av spänningsbelastningar mellan kolfibern och matrismaterialet, vilket ökar värdet på fibermaterialet i industriella applikationer.

Förbättring av fiberegenskaper: Detta inkluderar förbättring av temperaturbeständighet och oxidationsbeständighet, vilket kan uppnås genom att införa spårmängder av element som P, B och Zn på fiberytan eller genom att belägga med metalliska eller icke-metalliska skikt.

II. Mekanismanalys av modifiering

1. Fysisk modifieringsmekanism: Den fysiska modifieringen av kolfibrer uppnår huvudsakligen gränssnittsförstärkning genom att öka ytjämnheten och specifik ytarea:

Öka ytjämnheten: Metoder som gasfasoxidation och plasmabehandling kan avsevärt öka ytjämnheten hos kolfibrer. "Argonplasmabehandling med atmosfärstryck kan öka syrehalten på kolfiberytan med 22,5 %, minska vattenkontaktvinkeln till 45,1° och bibehålla draghållfastheten vid 3,23 GPa efter 300 sekunders behandling." AFM-testning visade att ytråheten (Ra) ökade från 0,31 μm till 0,47 μm.

Ytetsning och aktivering: Elektrokemisk oxidationsbehandling, genom en "kombinerad process av lager-för-lager oxidationsetsning och funktionella gruppförändringar", skapar mikroporer och spår på kolfiberytan, vilket ökar den mekaniska sammanlåsningseffekten.

Förbättring av ytmorfologi: "Plasmabehandling tar bort föroreningar genom fysisk bombning och introducerar aktiva hydroxyl/karboxylgrupper, vilket avsevärt förbättrar skjuvhållfastheten mellan skikten."

2. Kemisk modifieringsmekanism

Den kemiska modifieringen av kolfibrer uppnår huvudsakligen gränssnittsförbättring genom att introducera aktiva funktionella grupper:

Införande av syrehaltiga funktionella grupper: Vätskefasoxidation (med koncentrerad salpetersyra, koncentrerad svavelsyra, väteperoxid etc. som oxidationsmedel) och elektrokemisk oxidation kan avsevärt öka typerna och antalet syrehaltiga funktionella grupper (såsom hydroxyl- och karboxylgrupper) på kolfiberytan. "Elektrolytisk potentiometrisk behandling kan öka syrehalten på kolfiberytan från 9,36% till 18,04%, minska kontaktvinkeln från 90,2° till 62,4° och öka den interlaminära skjuvhållfastheten med upp till 56%."

Kemisk bindningsbildning: "DA eller polydopamin (PDA) uppnår huvudsakligen kemisk ympningsmodifiering genom att reagera -NH2 i molekylen med de -C=O- och -COO- funktionella grupperna på kolfiberytan genom en Schiff-basreaktion, vilket bildar stabila kemiska bindningar på kolfiberytan."

Ytympningsreaktion: Ytympningsmetoden innebär att "kolfibern placeras i en atmosfär av aktiva monomerer, där monomererna under inverkan av en initiator reagerar med de aktiva grupperna eller kantkolatomerna på fibern."

Särskild modifieringsmetod: "I NH₄HCO₃-lösning genomgår fiberytan huvudsakligen en elektrolytisk syrefrisättningsreaktion av vatten och en elektrokemisk oxidationsreaktion av vissa elektroaktiva ämnen; innehållet av olika syrehaltiga funktionella grupper på fiberytan förändras kontinuerligt med förlängning av behandlingstiden, och reaktionen av NH₄⁺ med de införande grupperna av funktionella yta på fibern." Modifiering av kopplingsmedel: "Ett aminosilankopplingsmedel (KH550) användes för att behandla ytan av kolfibrer och bildade ett kemiskt bundet gränsskikt.

Efter modifiering: antalet aktiva funktionella grupper ökade: O-C=O-halten ökade med 95,24% och C=O-halten ökade med 508,45%, vilket bildade fler hartsbindningsställen."

III. Omfattande prestanda för modifieringseffekter

Efter modifiering förbättrades ytpolariteten hos kolfibrer avsevärt, kontaktvinkeln minskade och vätbarheten förbättrades, vilket effektivt förbättrade kompositmaterialets gränsyteegenskaper. "Ytmodifieringsteknik förbättrar ytaktiviteten hos kolfibrer, stärker gränsytegenskaperna mellan kolfibrer och matrismaterialet och förbättrar deras vidhäftning till matrisen."

I praktiska tillämpningar förbättrades gränsytans skjuvhållfasthet mellan modifierade kolfibrer och hartsmatrisen avsevärt. "IFSS för DA-modifierade kolfibrer och epoxiharts E51 ökade till 65,32 MPa, en ökning med 47,35% jämfört med omodifierade kolfibrer."

Sammanfattningsvis,kolfiberModifiering förbättrar effektivt gränsytegenskaperna mellan kolfibrer och matrisen genom både fysikaliska och kemiska mekanismer, vilket avsevärt förbättrar kompositmaterialets totala prestanda.

Semicorex erbjuder hög kvalitetkolfiberkompositprodukter. Om du har några frågor eller behöver ytterligare information, tveka inte att kontakta oss.

Kontakta telefonnummer +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com