วิธีการปรับเปลี่ยนพื้นผิวหลัก 5 ประเภทสำหรับคาร์บอนไฟเบอร์

คาร์บอนไฟเบอร์ (CF) ซึ่งเป็นวัสดุเสริมแรงคอมโพสิตชนิดใหม่ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ และได้รับความสนใจอย่างมาก อย่างไรก็ตาม พื้นผิวของ CF ค่อนข้างเรียบและไม่มีกลุ่มที่ทำงานอยู่ พื้นผิวของเส้นใยมีความเฉื่อยทางเคมี ดังนั้นเส้นใยจึงมีคุณสมบัติชอบน้ำต่ำและการยึดเกาะกับเมทริกซ์ต่ำ และหลุดร่วงได้ง่าย ดังนั้นจึงจำเป็นต้องปรับปรุงส่วนต่อประสานระหว่าง CF และการเสริมแรงเมทริกซ์

จนถึงขณะนี้ วิธีการปรับเปลี่ยนพื้นผิวทั่วไปของคาร์บอนไฟเบอร์ส่วนใหญ่ ได้แก่ การดัดแปลงการเคลือบ การปรับเปลี่ยนกราฟต์พื้นผิว การปรับเปลี่ยนออกซิเดชัน การปรับเปลี่ยนพลาสมา และการปรับเปลี่ยนข้อต่อ ซึ่งการบำบัดด้วยออกซิเดชันและการบำบัดกราฟต์พื้นผิวได้รับความนิยมมากขึ้น วิธีการ วิธีการดัดแปลงเหล่านี้ปรับปรุงความสามารถในการเปียกของเส้นใย พันธะเคมี และการประสานเชิงกลกับเมทริกซ์เพื่อสร้างชั้นการเปลี่ยนผ่าน ส่งเสริมการส่งผ่านความเค้นสม่ำเสมอ และลดความเข้มข้นของความเค้น

พื้นผิวของคาร์บอนไฟเบอร์เรียบ มีกลุ่มที่เคลื่อนไหวน้อย และไม่ยึดติดกับเมทริกซ์อย่างแน่นหนา ในการใช้งานปกติจำเป็นต้องปรับปรุงอัตราการยึดเกาะ วิธีหนึ่งคือการทำให้พื้นผิวคาร์บอนไฟเบอร์เรียบโดยใช้เอฟเฟกต์ทางกายภาพ สร้างร่องหรือรูเล็กๆ เพื่อเพิ่มพื้นที่สัมผัสด้วยวัสดุเมทริกซ์ สามารถเติมโพลีเมอร์หรืออนุภาคนาโนลงในเส้นใยได้ ในร่องบนพื้นผิว เส้นใยและโพลีเมอร์สามารถล็อคเข้าด้วยกันด้วยกลไกผ่านรูปร่างที่หยาบของพื้นผิวเส้นใยหลังจากการบ่ม ส่งผลให้เกิดการประสานทางกลที่ชัดเจนระหว่างเส้นใยและเมทริกซ์ ซึ่งเป็นประโยชน์ในการปรับปรุงความแข็งแรงของอินเทอร์เฟซ

1. การปรับเปลี่ยนการเคลือบ

การปรับเปลี่ยนการเคลือบคาร์บอนไฟเบอร์สามารถครอบคลุมวัสดุได้หลากหลาย เช่น เกลือของโลหะ โลหะผสม วัสดุนาโนคาร์บอน ฯลฯ ผ่านการพ่น การสะสมทางกายภาพหรือทางเคมี โพลีเมอร์ วิธีโซลเจล และกระบวนการเคลือบ หลังจากเคลือบแล้ว พื้นผิวของ CF จะมีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน

2. การต่อกิ่งพื้นผิว

การปลูกถ่ายพื้นผิวคาร์บอนไฟเบอร์เป็นวิธีการปรับเปลี่ยน CFｓ จากล่างขึ้นบนที่ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการออกซิเดชั่นและการเคลือบบนพื้นผิว การกราฟต์พื้นผิวสามารถช่วยให้โพลีเมอร์ที่กราฟต์ยึดเกาะกับพื้นผิว CF ได้ดีขึ้น ด้วยการฉายรังสีหรือปฏิกิริยาเคมี ปฏิกิริยาการกราฟต์จะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของ CF และโพลีเมอร์ที่มีหมู่ฟังก์ชันจะถูกนำเสนอบนพื้นผิวของ CF ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแรงของส่วนต่อประสานของวัสดุคอมโพสิต

3. การบำบัดด้วยออกซิเดชั่น

การบำบัดด้วยออกซิเดชันของคาร์บอนไฟเบอร์เป็นวิธีการดัดแปลงอย่างง่ายที่ไม่เพียงแต่เพิ่มการกระจายของรูพรุนและขนาดรูพรุนบนพื้นผิว CF เท่านั้น แต่ยังแนะนำความเข้มข้นที่แตกต่างกันของกลุ่มฟังก์ชันที่มีออกซิเจน ซึ่งมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการยึดเกาะของส่วนต่อประสานของวัสดุและประสิทธิภาพในการตรึง ( เช่น). อิทธิพล.

4. การรักษาด้วยพลาสมา

การบำบัดด้วยพลาสมาเป็นวิธีการบำบัดที่โดดเด่นและประสบความสำเร็จสำหรับวัสดุหลายประเภท รวมถึงวัสดุคาร์บอน พลาสมาพลังงานสูงพอที่จะกระทบกับพื้นผิว CF ส่งผลให้พันธะเคมีแตกตัวและจัดเรียงตัวใหม่บนพื้นผิว ดังนั้นจึงปรับปรุงโครงสร้างพื้นผิวและประสิทธิภาพของคาร์บอนไฟเบอร์เพื่อให้เกิดการยึดเกาะที่ดีระหว่าง CF และวัสดุเมทริกซ์ การบำบัดด้วยพลาสมามีข้อดีคือใช้งานง่าย ประสิทธิภาพสูง รักษาสิ่งแวดล้อมและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

5. การปรับเปลี่ยนข้อต่อ

วิธีการแก้ไขเดี่ยวที่กล่าวมาข้างต้นมีข้อบกพร่องไม่มากก็น้อย ตัวอย่างเช่น CF ที่ดัดแปลงด้วยการเคลือบมีการยึดเกาะระหว่างสารเคลือบและ CF ต่ำ ต้องใช้ตัวทำละลายในระหว่างกระบวนการผลิต มีประสิทธิภาพในการเตรียมต่ำ และยากต่อการผลิตอย่างต่อเนื่อง การลงทุนในอุปกรณ์บำบัดพลาสมามีราคาแพง ในปฏิกิริยาออกซิเดชันและอิเล็กโทรไลซิสทางเคมีแบบเปียก การปนเปื้อนของเหลวบางอย่างเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในระหว่างการบำบัดทางเคมี และเงื่อนไขการปรับเปลี่ยนควรได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำในการออกซิเดชันของเฟสก๊าซเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันมากเกินไปจากการทำลายโครงสร้างภายในของ CF และการใช้วัสดุนาโนหรือโพลีเมอร์กราฟต์เพื่อปรับเปลี่ยน พื้นผิวของเส้นใยคาร์บอนมีความซับซ้อน

ดังนั้นเมื่อทำการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของคาร์บอนไฟเบอร์ การปรับเปลี่ยนข้อต่อโดยใช้วิธีการดัดแปลงหลายวิธีสามารถหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องจากการใช้เพียงอย่างเดียวและรวมข้อดีเข้าด้วยกันได้ นี่คือทิศทางหลักของการปรับปรุงพื้นผิวคาร์บอนไฟเบอร์ในอนาคต