5 tipos principais de métodos de modificação de superfície para fibra de carbono
A fibra de carbono (CF), como um novo tipo de material compósito reforçado, tem sido amplamente utilizada em diversas indústrias e tem atraído muita atenção. No entanto, a superfície do CF é relativamente lisa e não possui grupos ativos. A superfície da fibra é quimicamente inerte, portanto a fibra tem baixa hidrofilicidade e baixa adesão à matriz e é fácil de cair. Portanto, é necessário melhorar a interface entre o CF e o reforço matricial.
Até agora, os métodos comuns de modificação de superfície de fibra de carbono incluem principalmente modificação de revestimento, modificação de enxerto de superfície, modificação de oxidação, modificação de plasma e modificação de junta, entre os quais o tratamento de oxidação e o tratamento de enxerto de superfície são mais populares. Métodos. Esses métodos de modificação melhoram a molhabilidade da fibra, a ligação química e o intertravamento mecânico com a matriz para formar uma camada de transição, promover a transmissão uniforme de tensão e reduzir a concentração de tensão.
A superfície da fibra de carbono é lisa, possui poucos grupos ativos e não adere firmemente à matriz. Em aplicações normais é necessário melhorar a taxa de adesão. Um método é tornar áspera a superfície lisa da fibra de carbono através de efeitos físicos, criando ranhuras ou pequenos furos para aumentar a área de contato com o material da matriz. Polímeros ou nanopartículas podem ser preenchidos na fibra. Nas ranhuras na superfície, a fibra e o polímero podem ser travados mecanicamente através da forma áspera da superfície da fibra após a cura, resultando em um efeito de interligação mecânico óbvio entre a fibra e a matriz, o que é benéfico para melhorar a resistência da interface.
1. Modificação do revestimento
A modificação do revestimento de fibra de carbono pode abranger uma variedade de materiais, como sais metálicos, ligas metálicas, nanomateriais de carbono, etc., por meio de pulverização, deposição física ou química, polímeros, métodos sol-gel e processos de revestimento. Após o revestimento, a superfície dos CFs apresenta propriedades diferentes.
2. Enxerto de superfície
O enxerto de superfície de fibra de carbono é um método de modificação de CF de baixo para cima e extensivamente estudado. Em comparação com os métodos de oxidação e revestimento de superfície, o enxerto de superfície pode proporcionar ao polímero enxertado uma melhor adesão à superfície do CF. Por meio de radiação ou reação química, a reação de enxerto é desencadeada na superfície dos CFs, e polímeros com grupos funcionais são introduzidos na superfície dos CFs, o que melhora a resistência da interface do material compósito.
3. Tratamento de oxidação
O tratamento de oxidação de fibra de carbono é um método de modificação simples que não apenas aumenta a distribuição e o tamanho dos poros na superfície do CF, mas também introduz diferentes concentrações de grupos funcionais contendo oxigênio, o que tem um impacto significativo na adesão da interface do material e na eficiência de imobilização ( Ou seja). Influência.
4. Tratamento de plasma
O tratamento por plasma é um método de tratamento proeminente e bem-sucedido para uma variedade de materiais, incluindo materiais de carbono. Plasma de energia alta o suficiente é usado para atingir a superfície do CF, fazendo com que as ligações químicas se quebrem e se reorganizem na superfície, melhorando assim a estrutura da superfície e o desempenho da fibra de carbono para obter uma boa adesão entre o CF e o material da matriz. O tratamento por plasma tem as vantagens de operação simples, alta eficiência, proteção ecológica e ambiental.
5. Modificação conjunta
Os métodos de modificação única mencionados acima apresentam mais ou menos defeitos. Por exemplo, o CF modificado com revestimento tem baixa adesão entre o revestimento e o CF, requer o uso de solventes durante o processo de fabricação, tem baixa eficiência de preparação e é difícil de produzir continuamente; o investimento em equipamentos de tratamento de plasma é caro; na oxidação química úmida e eletrólise Alguma contaminação líquida é inevitável durante o tratamento químico, e as condições de modificação devem ser controladas com precisão na oxidação em fase gasosa para evitar que a oxidação excessiva destrua a estrutura interna do CF, e o uso de nanomateriais ou polímeros enxertados para modificar a superfície das fibras de carbono é complexa.
Portanto, ao modificar a superfície da fibra de carbono, a modificação conjunta usando vários métodos de modificação pode evitar as deficiências de usá-los sozinhos e combinar as vantagens entre si. Esta é a direção principal do tratamento de modificação de superfície de fibra de carbono no futuro.