Karbonfibermodifikasjon

I. Formål med karbonfibermodifisering

Forbedre kompatibiliteten mellomkarbonfiberog matrisen: Forbedring av de mekaniske egenskapene til komposittmaterialer og styrking av den mekaniske sammenlåsingen, fysisk adhesjon og kjemisk binding mellom fiberoverflaten og matrisen.

Forbedring av grenseflatebinding: Under produksjon gjennomgår karbonfibre høytemperaturkarboniseringsbehandling over 1000 ℃, noe som resulterer i en jevn overflate som mangler aktive funksjonelle grupper. Dette fører til overflateinerthet, dårlig adhesjon til polymerer og svak grenseflatebinding, som direkte påvirker den interlaminære skjærstyrken til komposittmaterialet.

Forbedring av overflateaktivitet: Dette muliggjør effektiv overføring av spenningsbelastning mellom karbonfiberen og matrisematerialet, og øker dermed verdien av fibermaterialet i industrielle applikasjoner.

Forbedring av fiberegenskaper: Dette inkluderer forbedring av temperaturmotstand og oksidasjonsmotstand, som kan oppnås ved å introdusere spormengder av elementer som P, B og Zn på fiberoverflaten eller ved å belegge med metalliske eller ikke-metalliske lag.

II. Mekanismeanalyse av modifikasjon

1. Fysisk modifikasjonsmekanisme: Den fysiske modifikasjonen av karbonfibre oppnår hovedsakelig grensesnittforsterkning ved å øke overflateruhet og spesifikt overflateareal:

Økende overflateruhet: Metoder som gassfaseoksidasjon og plasmabehandling kan øke overflateruheten til karbonfibre betydelig. "Argonplasmabehandling med atmosfærisk trykk kan øke oksygeninnholdet på karbonfiberoverflaten med 22,5 %, redusere vannkontaktvinkelen til 45,1° og opprettholde strekkstyrken på 3,23 GPa etter 300 sekunders behandling." AFM-testing viste at overflateruheten (Ra) økte fra 0,31 μm til 0,47 μm.

Overflateetsing og aktivering: Elektrokjemisk oksidasjonsbehandling, gjennom en "kombinert prosess med lag-for-lags oksidasjonsetsing og funksjonelle gruppeendringer," skaper mikroporer og riller på karbonfiberoverflaten, og øker den mekaniske sammenlåsingseffekten.

Forbedring av overflatemorfologi: "Plasmabehandling fjerner forurensninger gjennom fysisk bombardement og introduserer hydroksyl/karboksylaktive grupper, noe som betydelig forbedrer skjærstyrken mellom lag."

2. Kjemisk modifikasjonsmekanisme

Den kjemiske modifikasjonen av karbonfibre oppnår hovedsakelig grensesnittforbedring ved å introdusere aktive funksjonelle grupper:

Innføring av oksygenholdige funksjonelle grupper: Væskefase-oksidasjon (ved bruk av konsentrert salpetersyre, konsentrert svovelsyre, hydrogenperoksid, etc. som oksidanter) og elektrokjemisk oksidasjon kan øke typene og antallet oksygenholdige funksjonelle grupper (som hydroksyl- og karboksylgrupper) på karbonfiberoverflaten betydelig. "Elektrolytisk potensiometrisk behandling kan øke oksygeninnholdet på karbonfiberoverflaten fra 9,36% til 18,04%, redusere kontaktvinkelen fra 90,2° til 62,4°, og øke den interlaminære skjærstyrken med opptil 56%."

Kjemisk bindingsdannelse: "DA eller polydopamin (PDA) oppnår hovedsakelig kjemisk podemodifikasjon ved å reagere -NH2 i molekylet med -C=O- og -COO- funksjonelle grupper på karbonfiberoverflaten gjennom en Schiff-basereaksjon, og danner stabile kjemiske bindinger på karbonfiberoverflaten."

Overflatepodningsreaksjon: Overflatepodningsmetoden innebærer å "plassere karbonfiberen i en atmosfære av aktive monomerer, hvor monomerene under påvirkning av en initiator reagerer med de aktive gruppene eller kantkarbonatomene på fiberen."

Spesiell modifikasjonsmetode: "I NH₄HCO₃-løsning gjennomgår fiberoverflaten hovedsakelig en elektrolytisk oksygenfrigjøringsreaksjon av vann og en elektrokjemisk oksidasjonsreaksjon av noen elektroaktive stoffer; innholdet av forskjellige oksygenholdige funksjonelle grupper på fiberoverflaten endres kontinuerlig med forlengelsen av behandlingstiden, og reaksjonen av NH₄⁺ med de funksjonelle gruppene a på fiberoverflaten." Modifikasjon av koblingsmiddel: "Et aminosilan koblingsmiddel (KH550) ble brukt til å behandle overflaten av karbonfibre, og danne et kjemisk bundet grensesnittlag.

Etter modifisering: antall aktive funksjonelle grupper økte: O-C=O-innholdet økte med 95,24 %, og C=O-innholdet økte med 508,45 %, og dannet flere harpiksbindingssteder."

III. Omfattende ytelse av modifikasjonseffekter

Etter modifisering ble overflatepolariteten til karbonfibre betydelig forbedret, kontaktvinkelen redusert og fuktbarheten forbedret, og dermed effektivt forbedret grensesnittegenskapene til komposittmaterialet. "Overflatemodifikasjonsteknologi forbedrer overflateaktiviteten til karbonfibre, styrker grensesnittegenskapene mellom karbonfibre og matrisematerialet, og forbedrer deres adhesjon til matrisen."

I praktiske applikasjoner ble grenseflate-skjærstyrken mellom modifiserte karbonfibre og harpiksmatrisen betydelig forbedret. "IFSS av DA-modifiserte karbonfibre og epoksyharpiks E51 økte til 65,32 MPa, en økning på 47,35% sammenlignet med umodifiserte karbonfibre."

Oppsummert,karbonfiberModifikasjon forbedrer effektivt grensesnittegenskapene mellom karbonfibre og matrisen gjennom både fysiske og kjemiske mekanismer, og forbedrer dermed den generelle ytelsen til komposittmaterialet betydelig.

Semicorex tilbyr høy kvalitetkarbonfiber komposittprodukter. Hvis du har spørsmål eller trenger ytterligere detaljer, ikke nøl med å ta kontakt med oss.

Kontakt telefonnummer +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com