Sửa đổi sợi carbon

I. Mục đích của việc biến đổi sợi carbon

Cải thiện khả năng tương thích giữasợi carbonvà ma trận: Tăng cường tính chất cơ học của vật liệu composite và tăng cường liên kết cơ học, độ bám dính vật lý và liên kết hóa học giữa bề mặt sợi và ma trận.

Cải thiện liên kết bề mặt: Trong quá trình sản xuất, sợi carbon trải qua quá trình xử lý cacbon hóa ở nhiệt độ cao trên 1000oC, dẫn đến bề mặt nhẵn thiếu các nhóm chức năng hoạt động. Điều này dẫn đến độ trơ bề mặt, độ bám dính kém với polyme và liên kết bề mặt yếu, ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền cắt giữa các lớp của vật liệu composite.

Tăng cường hoạt động bề mặt: Điều này cho phép truyền tải ứng suất hiệu quả giữa sợi cacbon và vật liệu nền, từ đó làm tăng giá trị của vật liệu sợi trong các ứng dụng công nghiệp.

Cải thiện đặc tính của sợi: Điều này bao gồm cải thiện khả năng chịu nhiệt độ và khả năng chống oxy hóa, có thể đạt được bằng cách đưa một lượng nhỏ các nguyên tố như P, B và Zn lên bề mặt sợi hoặc bằng cách phủ các lớp kim loại hoặc phi kim loại.

II. Phân tích cơ chế sửa đổi

1. Cơ chế biến đổi vật lý: Sự biến đổi vật lý của sợi carbon chủ yếu đạt được sự gia cố bề mặt bằng cách tăng độ nhám bề mặt và diện tích bề mặt riêng:

Tăng độ nhám bề mặt: Các phương pháp như oxy hóa pha khí và xử lý plasma có thể làm tăng đáng kể độ nhám bề mặt của sợi carbon. "Xử lý bằng plasma argon áp suất khí quyển có thể tăng hàm lượng oxy trên bề mặt sợi carbon lên 22,5%, giảm góc tiếp xúc với nước xuống 45,1° và duy trì độ bền kéo ở mức 3,23 GPa sau 300 giây xử lý." Thử nghiệm AFM cho thấy độ nhám bề mặt (Ra) tăng từ 0,31 μm lên 0,47 μm.

Khắc và kích hoạt bề mặt: Xử lý oxy hóa điện hóa, thông qua "quá trình kết hợp giữa ăn mòn oxy hóa từng lớp và thay đổi nhóm chức năng", tạo ra các vi lỗ và rãnh trên bề mặt sợi carbon, làm tăng hiệu ứng liên kết cơ học.

Cải thiện hình thái bề mặt: "Xử lý bằng plasma loại bỏ các chất gây ô nhiễm thông qua bắn phá vật lý và đưa vào các nhóm hoạt tính hydroxyl/carboxyl, cải thiện đáng kể độ bền cắt giữa các lớp."

2. Cơ chế biến đổi hóa học

Sự biến đổi hóa học của sợi carbon chủ yếu đạt được sự tăng cường bề mặt bằng cách đưa vào các nhóm chức năng hoạt động:

Giới thiệu các nhóm chức chứa oxy: Quá trình oxy hóa pha lỏng (sử dụng axit nitric đậm đặc, axit sulfuric đậm đặc, hydro peroxide, v.v. làm chất oxy hóa) và quá trình oxy hóa điện hóa có thể làm tăng đáng kể loại và số lượng nhóm chức chứa oxy (như nhóm hydroxyl và carboxyl) trên bề mặt sợi carbon. "Xử lý điện thế bằng điện phân có thể làm tăng hàm lượng oxy trên bề mặt sợi carbon từ 9,36% lên 18,04%, giảm góc tiếp xúc từ 90,2° xuống 62,4° và tăng độ bền cắt giữa các lớp lên tới 56%."

Hình thành liên kết hóa học: "DA hoặc polydopamine (PDA) chủ yếu đạt được sự biến đổi ghép hóa học bằng cách phản ứng -NH₂ trong phân tử với các nhóm chức -C=O và -COO- trên bề mặt sợi carbon thông qua phản ứng bazơ Schiff, hình thành liên kết hóa học ổn định trên bề mặt sợi carbon."

Phản ứng ghép bề mặt: Phương pháp ghép bề mặt liên quan đến việc "đặt sợi carbon trong môi trường có các monome hoạt động, trong đó, dưới tác động của chất khởi đầu, các monome phản ứng với các nhóm hoạt động hoặc các nguyên tử carbon cạnh trên sợi."

Phương pháp sửa đổi đặc biệt: "Trong dung dịch NH₄HCO₃, bề mặt sợi chủ yếu trải qua phản ứng giải phóng oxy điện phân của nước và phản ứng oxy hóa điện hóa của một số chất điện động; hàm lượng của các nhóm chức chứa oxy khác nhau trên bề mặt sợi thay đổi liên tục khi thời gian xử lý kéo dài và phản ứng của NH₄⁺ với các nhóm chức năng trên bề mặt sợi đưa một số lượng lớn nhóm amide vào bề mặt sợi." Sửa đổi tác nhân ghép nối: "Một tác nhân liên kết aminosilane (KH550) được sử dụng để xử lý bề mặt sợi carbon, tạo thành lớp giao diện liên kết hóa học.

Sau khi sửa đổi: số lượng nhóm chức năng hoạt động tăng lên: hàm lượng O-C=O tăng 95,24% và hàm lượng C=O tăng 508,45%, hình thành nhiều vị trí liên kết nhựa hơn."

III. Hiệu suất toàn diện của các hiệu ứng sửa đổi

Sau khi sửa đổi, độ phân cực bề mặt của sợi carbon được cải thiện đáng kể, góc tiếp xúc giảm và khả năng thấm ướt được tăng cường, từ đó cải thiện hiệu quả các đặc tính bề mặt của vật liệu composite. "Công nghệ biến đổi bề mặt giúp tăng cường hoạt động bề mặt của sợi carbon, tăng cường các đặc tính bề mặt giữa sợi carbon và vật liệu ma trận, đồng thời cải thiện độ bám dính của chúng với ma trận."

Trong các ứng dụng thực tế, độ bền cắt bề mặt giữa sợi carbon biến tính và nền nhựa được cải thiện đáng kể. "IFSS của sợi carbon biến tính DA và nhựa epoxy E51 tăng lên 65,32 MPa, tăng 47,35% so với sợi carbon không biến tính."

Tóm lại,sợi carbonviệc sửa đổi cải thiện một cách hiệu quả các đặc tính bề mặt giữa sợi carbon và ma trận thông qua cả cơ chế vật lý và hóa học, từ đó cải thiện đáng kể hiệu suất tổng thể của vật liệu composite.

Semicorex cung cấp chất lượng caohỗn hợp sợi carboncác sản phẩm. Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc hoặc cần thêm chi tiết, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi.

Số điện thoại liên hệ +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com