Koolstofvezelmodificatie

I. Doel van koolstofvezelmodificatie

Verbetering van de compatibiliteit tussenkoolstofvezelen de matrix: Verbetering van de mechanische eigenschappen van composietmaterialen en versterking van de mechanische vergrendeling, fysieke hechting en chemische binding tussen het vezeloppervlak en de matrix.

Verbetering van de hechting aan het grensvlak: Tijdens de productie ondergaan koolstofvezels een carbonisatiebehandeling bij hoge temperatuur boven 1000 ℃, wat resulteert in een glad oppervlak zonder actieve functionele groepen. Dit leidt tot oppervlakte-inertheid, slechte hechting aan polymeren en zwakke grensvlakbinding, waardoor de interlaminaire schuifsterkte van het composietmateriaal rechtstreeks wordt beïnvloed.

Verbetering van de oppervlakteactiviteit: Dit maakt een effectieve overdracht van spanningsbelasting mogelijk tussen de koolstofvezel en het matrixmateriaal, waardoor de waarde van het vezelmateriaal in industriële toepassingen toeneemt.

Verbetering van de vezeleigenschappen: Dit omvat het verbeteren van de temperatuurbestendigheid en oxidatieweerstand, wat kan worden bereikt door sporen van elementen zoals P, B en Zn op het vezeloppervlak te introduceren of door te coaten met metalen of niet-metalen lagen.

II. Mechanismeanalyse van modificatie

1. Fysisch modificatiemechanisme: De fysieke modificatie van koolstofvezels bereikt voornamelijk grensvlakversterking door de oppervlakteruwheid en het specifieke oppervlak te vergroten:

Verhogen van de oppervlakteruwheid: Methoden zoals gasfase-oxidatie en plasmabehandeling kunnen de oppervlakteruwheid van koolstofvezels aanzienlijk vergroten. "Argonplasmabehandeling onder atmosferische druk kan het zuurstofgehalte op het koolstofvezeloppervlak met 22,5% verhogen, de watercontacthoek verkleinen tot 45,1 ° en de treksterkte op 3,23 GPa houden na 300 seconden behandeling." Uit AFM-testen bleek dat de oppervlakteruwheid (Ra) toenam van 0,31 μm naar 0,47 μm.

Oppervlakte-etsen en activering: Elektrochemische oxidatiebehandeling, door een "gecombineerd proces van laag-voor-laag oxidatie-etsen en functionele groepsveranderingen", creëert microporiën en groeven op het koolstofvezeloppervlak, waardoor het mechanische in elkaar grijpende effect wordt vergroot.

Verbetering van de oppervlaktemorfologie: "Plasmabehandeling verwijdert verontreinigingen door middel van fysiek bombardement en introduceert actieve hydroxyl / carboxylgroepen, waardoor de schuifsterkte tussen de lagen aanzienlijk wordt verbeterd."

2. Chemisch modificatiemechanisme

De chemische modificatie van koolstofvezels bereikt voornamelijk grensvlakverbetering door actieve functionele groepen te introduceren:

Introductie van zuurstofhoudende functionele groepen: Oxidatie in de vloeistoffase (met behulp van geconcentreerd salpeterzuur, geconcentreerd zwavelzuur, waterstofperoxide, enz. als oxidanten) en elektrochemische oxidatie kunnen de typen en aantallen zuurstofhoudende functionele groepen (zoals hydroxyl- en carboxylgroepen) op het koolstofvezeloppervlak aanzienlijk verhogen. "Elektrolytische potentiometrische behandeling kan het zuurstofgehalte op het koolstofvezeloppervlak verhogen van 9,36% naar 18,04%, de contacthoek verkleinen van 90,2 ° naar 62,4 ° en de interlaminaire schuifsterkte met maximaal 56% vergroten."

Vorming van chemische bindingen: "DA of polydopamine (PDA) bereikt voornamelijk chemische entingsmodificatie door de -NH₂ in het molecuul te laten reageren met de -C=O en -COO- functionele groepen op het koolstofvezeloppervlak via een Schiff-basereactie, waardoor stabiele chemische bindingen worden gevormd op het koolstofvezeloppervlak."

Oppervlakte-entingreactie: De oppervlakte-entingmethode omvat "het plaatsen van de koolstofvezel in een atmosfeer van actieve monomeren, waar, onder invloed van een initiator, de monomeren reageren met de actieve groepen of koolstofatomen aan de rand van de vezel."

Speciale modificatiemethode: "In NH₄HCO₃-oplossing ondergaat het vezeloppervlak voornamelijk een elektrolytische zuurstofafgiftereactie van water en een elektrochemische oxidatiereactie van sommige elektroactieve stoffen; het gehalte aan verschillende zuurstofhoudende functionele groepen op het vezeloppervlak verandert voortdurend met de verlenging van de behandelingstijd, en de reactie van NH₄⁺ met de functionele groepen op het vezeloppervlak introduceert een groot aantal amidegroepen in het vezeloppervlak." Modificatie van koppelingsmiddel: "Een aminosilaankoppelingsmiddel (KH550) werd gebruikt om het oppervlak van koolstofvezels te behandelen, waardoor een chemisch gebonden grenslaag werd gevormd.

Na wijziging: het aantal actieve functionele groepen nam toe: het O-C=O-gehalte nam toe met 95,24% en het C=O-gehalte steeg met 508,45%, waardoor meer harsbindingsplaatsen ontstonden.

III. Uitgebreide prestaties van wijzigingseffecten

Na modificatie verbeterde de oppervlaktepolariteit van koolstofvezels aanzienlijk, nam de contacthoek af en nam de bevochtigbaarheid toe, waardoor de grensvlakeigenschappen van het composietmateriaal effectief werden verbeterd. "Oppervlakmodificatietechnologie verbetert de oppervlakteactiviteit van koolstofvezels, versterkt de grensvlakeigenschappen tussen koolstofvezels en het matrixmateriaal en verbetert hun hechting aan de matrix."

In praktische toepassingen verbeterde de grensvlakafschuifsterkte tussen gemodificeerde koolstofvezels en de harsmatrix aanzienlijk. "De IFSS van DA-gemodificeerde koolstofvezels en epoxyhars E51 nam toe tot 65,32 MPa, een stijging van 47,35% vergeleken met ongemodificeerde koolstofvezels."

Samenvattend,koolstofvezelmodificatie verbetert effectief de grensvlakeigenschappen tussen koolstofvezels en de matrix via zowel fysieke als chemische mechanismen, waardoor de algehele prestaties van het composietmateriaal aanzienlijk worden verbeterd.

Semicorex biedt hoogwaardige kwaliteitkoolstofvezel composietproducten. Als u vragen heeft of aanvullende informatie nodig heeft, aarzel dan niet om contact met ons op te nemen.

Neem contact op met telefoonnummer +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com