Modificação de fibra de carbono

I. Objetivo da modificação da fibra de carbono

Melhorando a compatibilidade entrefibra de carbonoe a matriz: Melhorando as propriedades mecânicas dos materiais compósitos e fortalecendo o intertravamento mecânico, a adesão física e a ligação química entre a superfície da fibra e a matriz.

Melhorando a ligação interfacial: Durante a fabricação, as fibras de carbono passam por tratamento de carbonização em alta temperatura acima de 1000°C, resultando em uma superfície lisa sem grupos funcionais ativos. Isto leva à inércia da superfície, má adesão aos polímeros e fraca ligação interfacial, afetando diretamente a resistência ao cisalhamento interlaminar do material compósito.

Melhorar a atividade superficial: Isto permite uma transferência eficaz de carga de tensão entre a fibra de carbono e o material da matriz, aumentando assim o valor do material de fibra em aplicações industriais.

Melhorar as propriedades da fibra: Isso inclui melhorar a resistência à temperatura e a resistência à oxidação, o que pode ser alcançado pela introdução de vestígios de elementos como P, B e Zn na superfície da fibra ou pelo revestimento com camadas metálicas ou não metálicas.

II. Análise do Mecanismo de Modificação

1. Mecanismo de modificação física: A modificação física das fibras de carbono atinge principalmente o reforço interfacial, aumentando a rugosidade da superfície e a área superficial específica:

Aumento da rugosidade da superfície: Métodos como oxidação em fase gasosa e tratamento com plasma podem aumentar significativamente a rugosidade da superfície das fibras de carbono. "O tratamento com plasma de argônio sob pressão atmosférica pode aumentar o conteúdo de oxigênio na superfície da fibra de carbono em 22,5%, reduzir o ângulo de contato da água para 45,1° e manter a resistência à tração em 3,23 GPa após 300 segundos de tratamento." Os testes de AFM mostraram que a rugosidade superficial (Ra) aumentou de 0,31 μm para 0,47 μm.

Gravura e ativação de superfície: O tratamento de oxidação eletroquímica, por meio de um "processo combinado de corrosão por oxidação camada por camada e alterações de grupos funcionais", cria microporos e ranhuras na superfície da fibra de carbono, aumentando o efeito de intertravamento mecânico.

Melhoria da morfologia da superfície: "O tratamento com plasma remove contaminantes por meio de bombardeio físico e introduz grupos ativos hidroxila/carboxila, melhorando significativamente a resistência ao cisalhamento intercamadas."

2. Mecanismo de modificação química

A modificação química das fibras de carbono alcança principalmente o aprimoramento interfacial através da introdução de grupos funcionais ativos:

Introdução de grupos funcionais contendo oxigênio: A oxidação em fase líquida (usando ácido nítrico concentrado, ácido sulfúrico concentrado, peróxido de hidrogênio, etc. como oxidantes) e a oxidação eletroquímica podem aumentar significativamente os tipos e números de grupos funcionais contendo oxigênio (como grupos hidroxila e carboxila) na superfície da fibra de carbono. "O tratamento potenciométrico eletrolítico pode aumentar o teor de oxigênio na superfície da fibra de carbono de 9,36% para 18,04%, reduzir o ângulo de contato de 90,2° para 62,4° e aumentar a resistência ao cisalhamento interlaminar em até 56%."

Formação de ligação química: "DA ou polidopamina (PDA) atinge principalmente a modificação química do enxerto ao reagir o -NH₂ na molécula com os grupos funcionais -C=O e -COO- na superfície da fibra de carbono através de uma reação de base de Schiff, formando ligações químicas estáveis ​​na superfície da fibra de carbono."

Reação de enxerto de superfície: O método de enxerto de superfície envolve "colocar a fibra de carbono em uma atmosfera de monômeros ativos, onde, sob a ação de um iniciador, os monômeros reagem com os grupos ativos ou átomos de carbono nas bordas da fibra".

Método de modificação especial: "Na solução de NH₄HCO₃, a superfície da fibra sofre principalmente uma reação eletrolítica de liberação de oxigênio da água e uma reação de oxidação eletroquímica de algumas substâncias eletroativas; o conteúdo de vários grupos funcionais contendo oxigênio na superfície da fibra muda continuamente com a extensão do tempo de tratamento, e a reação de NH₄⁺ com os grupos funcionais na superfície da fibra introduz um grande número de grupos amida na superfície da fibra. " Modificação do Agente de Acoplamento: “Um agente de acoplamento aminosilano (KH550) foi usado para tratar a superfície das fibras de carbono, formando uma camada de interface quimicamente ligada.

Após a modificação: o número de grupos funcionais ativos aumentou: o conteúdo de O-C=O aumentou 95,24% e o conteúdo de C=O aumentou 508,45%, formando mais locais de ligação de resina."

III. Desempenho abrangente de efeitos de modificação

Após a modificação, a polaridade da superfície das fibras de carbono melhorou significativamente, o ângulo de contato diminuiu e a molhabilidade aumentou, melhorando assim efetivamente as propriedades interfaciais do material compósito. "A tecnologia de modificação de superfície aumenta a atividade superficial das fibras de carbono, fortalece as propriedades interfaciais entre as fibras de carbono e o material da matriz e melhora sua adesão à matriz."

Em aplicações práticas, a resistência ao cisalhamento interfacial entre as fibras de carbono modificadas e a matriz de resina melhorou significativamente. "O IFSS das fibras de carbono modificadas com DA e da resina epóxi E51 aumentou para 65,32 MPa, um aumento de 47,35% em comparação com as fibras de carbono não modificadas."

Resumindo,fibra de carbonoa modificação melhora efetivamente as propriedades interfaciais entre as fibras de carbono e a matriz através de mecanismos físicos e químicos, melhorando significativamente o desempenho geral do material compósito.

Semicorex oferece alta qualidadecomposto de fibra de carbonoprodutos. Se você tiver alguma dúvida ou precisar de detalhes adicionais, não hesite em entrar em contato conosco.

Telefone de contato # +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com