تعديل ألياف الكربون

I. الغرض من تعديل ألياف الكربون

تحسين التوافق بينألياف الكربونوالمصفوفة: تعزيز الخواص الميكانيكية للمواد المركبة وتقوية التشابك الميكانيكي والالتصاق الفيزيائي والترابط الكيميائي بين سطح الألياف والمصفوفة.

تحسين الترابط بين الأسطح: أثناء التصنيع، تخضع ألياف الكربون لمعالجة الكربنة بدرجة حرارة عالية تزيد عن 1000 درجة مئوية، مما يؤدي إلى سطح أملس يفتقر إلى المجموعات الوظيفية النشطة. يؤدي هذا إلى خمول السطح، وضعف الالتصاق بالبوليمرات، وضعف الترابط بين السطوح، مما يؤثر بشكل مباشر على قوة القص بين الصفائح للمادة المركبة.

تعزيز النشاط السطحي: يسمح ذلك بنقل حمل الضغط بشكل فعال بين ألياف الكربون ومادة المصفوفة، وبالتالي زيادة قيمة مادة الألياف في التطبيقات الصناعية.

تحسين خصائص الألياف: ويشمل ذلك تحسين مقاومة درجات الحرارة ومقاومة الأكسدة، والتي يمكن تحقيقها عن طريق إدخال كميات ضئيلة من العناصر مثل P وB وZn على سطح الألياف أو عن طريق الطلاء بطبقات معدنية أو غير معدنية.

ثانيا. تحليل آلية التعديل

1. آلية التعديل المادي: التعديل المادي لألياف الكربون يحقق بشكل أساسي تعزيزًا بينيًا عن طريق زيادة خشونة السطح ومساحة السطح المحددة:

زيادة خشونة السطح: يمكن لطرق مثل أكسدة الطور الغازي ومعالجة البلازما أن تزيد بشكل كبير من خشونة سطح ألياف الكربون. "يمكن أن تؤدي معالجة بلازما الأرجون بالضغط الجوي إلى زيادة محتوى الأكسجين على سطح ألياف الكربون بنسبة 22.5%، وتقليل زاوية ملامسة الماء إلى 45.1 درجة، والحفاظ على قوة الشد عند 3.23 جيجا باسكال بعد 300 ثانية من المعالجة." أظهر اختبار AFM أن خشونة السطح (Ra) زادت من 0.31 ميكرومتر إلى 0.47 ميكرومتر.

حفر السطح وتنشيطه: تعمل معالجة الأكسدة الكهروكيميائية، من خلال "عملية مشتركة لحفر الأكسدة طبقة تلو الأخرى وتغييرات المجموعة الوظيفية"، على إنشاء مسامات دقيقة وأخاديد على سطح ألياف الكربون، مما يزيد من تأثير التشابك الميكانيكي.

تحسين مورفولوجيا السطح: "تزيل المعالجة بالبلازما الملوثات من خلال القصف المادي وتقدم مجموعات الهيدروكسيل/الكربوكسيل النشطة، مما يحسن بشكل كبير قوة القص بين الطبقات."

2. آلية التعديل الكيميائي

يحقق التعديل الكيميائي لألياف الكربون بشكل أساسي تحسينًا بينيًا من خلال إدخال مجموعات وظيفية نشطة:

مقدمة للمجموعات الوظيفية المحتوية على الأكسجين: يمكن أن تؤدي أكسدة الطور السائل (باستخدام حمض النيتريك المركز، وحامض الكبريتيك المركز، وبيروكسيد الهيدروجين، وما إلى ذلك كمؤكسدات) والأكسدة الكهروكيميائية إلى زيادة كبيرة في أنواع وأعداد المجموعات الوظيفية المحتوية على الأكسجين (مثل مجموعات الهيدروكسيل والكربوكسيل) على سطح ألياف الكربون. "يمكن أن تؤدي المعالجة بقياس الجهد الكهربائي إلى زيادة محتوى الأكسجين على سطح ألياف الكربون من 9.36% إلى 18.04%، وتقليل زاوية التلامس من 90.2 درجة إلى 62.4 درجة، وزيادة قوة القص بين الصفائح بنسبة تصل إلى 56%."

تكوين الروابط الكيميائية: "يحقق DA أو بولي دوبامين (PDA) بشكل أساسي تعديل التطعيم الكيميائي عن طريق تفاعل -NH₂ في الجزيء مع المجموعات الوظيفية -C=O و -COO- على سطح ألياف الكربون من خلال تفاعل قاعدة شيف، مما يشكل روابط كيميائية مستقرة على سطح ألياف الكربون."

تفاعل التطعيم السطحي: تتضمن طريقة التطعيم السطحي "وضع ألياف الكربون في جو من المونومرات النشطة، حيث، تحت تأثير البادئ، تتفاعل المونومرات مع المجموعات النشطة أو ذرات الكربون الطرفية الموجودة على الألياف."

طريقة تعديل خاصة: "في محلول NH₄HCO₃، يخضع سطح الألياف بشكل أساسي لتفاعل إطلاق الأكسجين الكهربي للماء وتفاعل الأكسدة الكهروكيميائية لبعض المواد النشطة كهربيًا؛ يتغير محتوى المجموعات الوظيفية المختلفة المحتوية على الأكسجين على سطح الألياف بشكل مستمر مع تمديد وقت المعالجة، كما أن تفاعل NH₄⁺ مع المجموعات الوظيفية على سطح الألياف يقدم عددًا كبيرًا من مجموعات الأميد إلى سطح الألياف." تعديل عامل الاقتران: "تم استخدام عامل اقتران أمينوسيلان (KH550) لمعالجة سطح ألياف الكربون، وتشكيل طبقة واجهة مرتبطة كيميائيًا.

بعد التعديل: زاد عدد المجموعات الوظيفية النشطة: زاد محتوى O-C=O بنسبة 95.24%، وارتفع محتوى C=O بنسبة 508.45%، مما شكل المزيد من مواقع ربط الراتنج."

ثالثا. الأداء الشامل لتأثيرات التعديل

بعد التعديل، تحسنت قطبية سطح ألياف الكربون بشكل ملحوظ، وانخفضت زاوية الاتصال، وتحسنت قابلية التبلل، وبالتالي تحسين خصائص السطح البيني للمادة المركبة بشكل فعال. "تعمل تقنية تعديل السطح على تعزيز النشاط السطحي لألياف الكربون، وتقوي خصائص السطح البيني بين ألياف الكربون ومادة المصفوفة، وتحسن التصاقها بالمصفوفة."

في التطبيقات العملية، تحسنت قوة القص السطحي بين ألياف الكربون المعدلة ومصفوفة الراتنج بشكل ملحوظ. "زادت قوة IFSS لألياف الكربون المعدلة DA وراتنج الإيبوكسي E51 إلى 65.32 ميجا باسكال، أي بزيادة قدرها 47.35% مقارنة بألياف الكربون غير المعدلة."

في ملخص،ألياف الكربونيؤدي التعديل بشكل فعال إلى تحسين خصائص السطح البيني بين ألياف الكربون والمصفوفة من خلال الآليات الفيزيائية والكيميائية، وبالتالي تحسين الأداء العام للمادة المركبة بشكل كبير.

تقدم Semicorex جودة عاليةمركب من ألياف الكربونمنتجات. إذا كانت لديك أي استفسارات أو كنت بحاجة إلى تفاصيل إضافية، فلا تتردد في الاتصال بنا.

هاتف الاتصال رقم +86-13567891907

البريد الإلكتروني: sales@semicorex.com