5 основных типов методов модификации поверхности углеродного волокна
Углеродное волокно (УВ) как новый тип композиционного армированного материала широко используется в различных отраслях промышленности и привлекает большое внимание. Однако поверхность ЦВ относительно гладкая и не имеет активных групп. Поверхность волокна химически инертна, поэтому волокно имеет плохую гидрофильность и плохую адгезию к матрице, легко отваливается. Следовательно, необходимо улучшить взаимодействие между CF и матричной арматурой.
На сегодняшний день распространенные методы модификации поверхности углеродного волокна в основном включают модификацию покрытия, модификацию поверхностной прививки, модификацию окисления, плазменную модификацию и модификацию соединений, среди которых более популярны окислительная обработка и обработка поверхностной прививки. Методы. Эти методы модификации улучшают смачиваемость волокна, химическое соединение и механическое сцепление с матрицей с образованием переходного слоя, способствуют равномерной передаче напряжений и снижают концентрацию напряжений.
Поверхность углеродного волокна гладкая, имеет мало активных групп и не прочно прилегает к матрице. В обычных условиях применения необходимо улучшить скорость адгезии. Один из методов заключается в придании гладкой поверхности углеродного волокна шероховатости посредством физического воздействия, создания канавок или небольших отверстий для увеличения площади контакта с материалом матрицы. Волокно может быть наполнено полимерами или наночастицами. В канавках на поверхности волокно и полимер могут быть механически скреплены друг с другом за счет шероховатой формы поверхности волокна после отверждения, что приводит к очевидному эффекту механического сцепления между волокном и матрицей, что полезно для улучшения прочности интерфейса.
1. Модификация покрытия
Модификация покрытия из углеродного волокна может охватывать различные материалы, такие как соли металлов, металлические сплавы, углеродные наноматериалы и т. д., посредством распыления, физического или химического осаждения, полимеров, золь-гель-методов и процессов нанесения покрытия. После нанесения покрытия поверхность УВ имеет разные свойства.
2. Поверхностная прививка
Прививка поверхности углеродного волокна — это восходящий, широко изученный метод модификации CF. По сравнению с методами поверхностного окисления и нанесения покрытия поверхностная прививка может обеспечить лучшую адгезию привитого полимера к поверхности CF. Посредством радиации или химической реакции на поверхности УВ запускается реакция прививки, и на поверхность УВ вводятся полимеры с функциональными группами, что повышает прочность интерфейса композиционного материала.
3. Окислительная обработка
Окислительная обработка углеродного волокна представляет собой простой метод модификации, который не только увеличивает распределение и размер пор на поверхности УВ, но также вводит различные концентрации кислородсодержащих функциональных групп, что оказывает существенное влияние на адгезию поверхности раздела материалов и эффективность иммобилизации ( ИЕ). Влияние.
4. Плазменная обработка
Плазменная обработка является известным и успешным методом обработки различных материалов, включая углеродные материалы. Для удара по поверхности CF используется плазма достаточно высокой энергии, вызывающая разрыв химических связей и реорганизацию на поверхности, тем самым улучшая структуру поверхности и характеристики углеродного волокна для достижения хорошей адгезии между CF и материалом матрицы. Плазменная обработка имеет такие преимущества, как простота эксплуатации, высокая эффективность, экологичность и защита окружающей среды.
5. Совместная модификация
Вышеупомянутые способы одиночной модификации имеют те или иные недостатки. Например, УВ с модифицированным покрытием имеет низкую адгезию между покрытием и УВ, требует использования растворителей в процессе производства, имеет низкую эффективность приготовления и его трудно производить непрерывно; инвестиции в оборудование для плазменной обработки являются дорогостоящими; при мокром химическом окислении и электролизе Некоторое загрязнение жидкостью неизбежно во время химической обработки, и условия модификации должны точно контролироваться при газофазном окислении, чтобы предотвратить разрушение внутренней структуры CF чрезмерным окислением, а также при использовании наноматериалов или привитых полимеров для модификации. Поверхность углеродных волокон сложная.
Следовательно, при модификации поверхности углеродного волокна совместная модификация с использованием нескольких методов модификации позволяет избежать недостатков использования их по отдельности и объединить преимущества друг друга. Это основное направление модификации поверхности углеродного волокна в будущем.