Kulfibermodifikation

I. Formål med kulfibermodifikation

Forbedring af kompatibiliteten mellemkulfiberog matrixen: Forbedring af de mekaniske egenskaber af kompositmaterialer og styrkelse af den mekaniske sammenlåsning, fysiske adhæsion og kemiske binding mellem fiberoverfladen og matrixen.

Forbedring af grænsefladebinding: Under fremstilling gennemgår kulfibre en højtemperatur-karboniseringsbehandling over 1000 ℃, hvilket resulterer i en glat overflade, der mangler aktive funktionelle grupper. Dette fører til overfladeinerthed, dårlig vedhæftning til polymerer og svag grænsefladebinding, hvilket direkte påvirker kompositmaterialets interlaminære forskydningsstyrke.

Forbedring af overfladeaktivitet: Dette giver mulighed for effektiv belastningsoverførsel mellem kulfiberen og matrixmaterialet og øger derved værdien af ​​fibermaterialet i industrielle applikationer.

Forbedring af fiberegenskaber: Dette omfatter forbedring af temperaturbestandighed og oxidationsmodstand, hvilket kan opnås ved at indføre spormængder af elementer som P, B og Zn på fiberoverfladen eller ved at belægge med metalliske eller ikke-metalliske lag.

II. Mekanismeanalyse af modifikation

1. Fysisk modifikationsmekanisme: Den fysiske modifikation af kulfibre opnår hovedsageligt grænsefladeforstærkning ved at øge overfladeruheden og specifikt overfladeareal:

Forøgelse af overfladeruhed: Metoder som gasfaseoxidation og plasmabehandling kan øge overfladeruheden af ​​kulfibre betydeligt. "Atmosfærisk tryk argon plasmabehandling kan øge oxygenindholdet på kulfiberoverfladen med 22,5%, reducere vandkontaktvinklen til 45,1° og opretholde trækstyrken på 3,23 GPa efter 300 sekunders behandling." AFM-test viste, at overfladeruheden (Ra) steg fra 0,31 μm til 0,47 μm.

Overfladeætsning og aktivering: Elektrokemisk oxidationsbehandling, gennem en "kombineret proces med lag-for-lag oxidationsætsning og funktionelle gruppeændringer", skaber mikroporer og riller på kulfiberoverfladen, hvilket øger den mekaniske sammenlåsningseffekt.

Forbedring af overflademorfologi: "Plasmabehandling fjerner forurenende stoffer gennem fysisk bombardement og introducerer aktive hydroxyl/carboxylgrupper, hvilket væsentligt forbedrer mellemlagets forskydningsstyrke."

2. Kemisk modifikationsmekanisme

Den kemiske modifikation af kulfibre opnår hovedsageligt grænsefladeforbedring ved at introducere aktive funktionelle grupper:

Introduktion af oxygenholdige funktionelle grupper: Væskefaseoxidation (ved anvendelse af koncentreret salpetersyre, koncentreret svovlsyre, hydrogenperoxid osv. som oxidationsmidler) og elektrokemisk oxidation kan øge typerne og antallet af oxygenholdige funktionelle grupper (såsom hydroxyl- og carboxylfiberoverfladen) markant. "Elektrolytisk potentiometrisk behandling kan øge iltindholdet på kulfiberoverfladen fra 9,36% til 18,04%, reducere kontaktvinklen fra 90,2° til 62,4° og øge den interlaminære forskydningsstyrke med op til 56%."

Kemisk bindingsdannelse: "DA eller polydopamin (PDA) opnår hovedsageligt kemisk podningsmodifikation ved at reagere -NH2 i molekylet med -C=O- og -COO- funktionelle grupper på kulfiberoverfladen gennem en Schiff-basereaktion, der danner stabile kemiske bindinger på kulfiberoverfladen."

Overfladepodningsreaktion: Overfladepodningsmetoden involverer "placering af kulfiberen i en atmosfære af aktive monomerer, hvor monomererne under påvirkning af en initiator reagerer med de aktive grupper eller kantkulstofatomer på fiberen."

Speciel modifikationsmetode: "I NH₄HCO₃-opløsning gennemgår fiberoverfladen hovedsageligt en elektrolytisk oxygenfrigivelsesreaktion af vand og en elektrokemisk oxidationsreaktion af nogle elektroaktive stoffer; indholdet af forskellige oxygenholdige funktionelle grupper på fiberoverfladen ændres kontinuerligt med forlængelse af behandlingstiden, og reaktionen af ​​NH₄⁺ med de indførte funktionelle grupper a på fiberoverfladen." Koblingsmiddelmodifikation: "Et aminosilankoblingsmiddel (KH550) blev brugt til at behandle overfladen af ​​kulfibre, der danner et kemisk bundet grænsefladelag.

Efter modifikation: antallet af aktive funktionelle grupper steg: O-C=O-indholdet steg med 95,24%, og C=O-indholdet steg med 508,45%, hvilket danner flere harpiksbindingssteder."

III. Omfattende ydelse af ændringseffekter

Efter modifikation blev kulfibernes overfladepolaritet væsentligt forbedret, kontaktvinklen faldt, og befugtningsevnen blev forbedret, hvilket effektivt forbedrede kompositmaterialets grænsefladeegenskaber. "Overflademodifikationsteknologi forbedrer overfladeaktiviteten af ​​kulfibre, styrker grænsefladeegenskaberne mellem kulfibre og matrixmaterialet og forbedrer deres vedhæftning til matrixen."

I praktiske anvendelser blev grænsefladeforskydningsstyrken mellem modificerede kulfibre og harpiksmatrixen væsentligt forbedret. "IFSS af DA-modificerede kulfibre og epoxyharpiks E51 steg til 65,32 MPa, en stigning på 47,35% sammenlignet med umodificerede kulfibre."

Sammenfattende,kulfibermodifikation forbedrer effektivt grænsefladeegenskaberne mellem kulfibre og matrixen gennem både fysiske og kemiske mekanismer og forbedrer derved den samlede ydeevne af kompositmaterialet betydeligt.

Semicorex tilbyder høj kvalitetkulfiber kompositprodukter. Hvis du har spørgsmål eller brug for yderligere detaljer, så tøv ikke med at kontakte os.

Kontakt telefon # +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com