Karbon fiber yüzey işlemi: kompozit malzeme performansının artırılması
Karbon fiber, bir dizi ısıl işlem süreciyle organik fiberden dönüştürülür. Karbon içeriği %90’ı aşar. İnorganik yüksek performanslı bir fiberdir ve mükemmel mekanik özelliklere sahip yeni bir malzemedir. Karbon fiber, yalnızca karbon malzemelerin doğal özelliklerini miras almakla kalmaz, aynı zamanda tekstil liflerinin esnekliğini ve işlenebilirliğini de birleştirir. Yeni nesil bir takviye lifi olarak kabul edilir ve birçok yüksek teknoloji alanında kullanılır.
Bir takviye olarak, bir dizi mükemmel performans özelliğine sahip olmasına rağmen, karşı karşıya kalınması gereken bazı zorluklarla da birlikte gelir. Grafit benzeri yapısı nedeniyle yüzeyi kimyasal olarak inerttir ve reçineye sızması ve kimyasal olarak reaksiyona girmesi zordur. Yüzeyin reçineyle birleşmesi zordur, bu da kompozit malzemenin mukavemetini etkiler. Bu nedenle, karbon fiberin yüzeyini işlemek, karbon fiberin yüzeyindeki safsızlıkları gidermek, karbon fiberin yüzeyinde oluklar açmak veya yüzey alanını artırmak, karbon fiberin yüzey özelliklerini değiştirmek, karbon fiberin yüzeyinde polar fonksiyonel grupları ve yüzey aktivasyonunu artırmak ve daha sonra kimyasal olarak sızması ve reaksiyona girmesi daha kolay hale gelir, böylece kompozit malzemenin arayüzü daha sıkı bir şekilde bağlanır ve mukavemet artar.
Karbon fiber yüzey işlemi için birçok yöntem vardır, bunlar arasında esas olarak gaz fazı oksidasyonu, sıvı fazı oksidasyonu, elektrokimyasal oksidasyon, kuplaj ajanı kaplama işlemi, plazma işlemi, aşılama modifikasyon teknolojisi vb. bulunur. Bunlar arasında, gaz fazı oksidasyonu şu anda en yaygın kullanılan yöntemdir ve elektrokimyasal oksidasyon şu anda karbon fiber hazırlama sırasında sürekli olarak çevrimiçi olarak çalıştırılabilen tek teknolojidir ve elektrokimyasal oksidasyonla işlenmiş karbon fiber takviyeli reçine bazlı kompozitlerin genel performansı iyileştirilir.
(1) Gaz fazı oksidasyon yöntemi
Gaz fazı oksidasyon yöntemleri arasında hava oksidasyonu, ozon oksidasyonu vb. bulunur.
Hava oksidasyon yöntemi, karbon fiberin yüzeyini yüksek sıcaklıkta oksitlemek için belirli bir bağıl neme sahip havaya yüksek sıcaklıkta işlem için karbon fiberin yerleştirilmesi yöntemidir. Oksidasyondan sonra, karbon fiberin yüzeyindeki karbon olmayan elementler artar ve bu, fiberin ıslanabilirliğini ve reçine bağlanmasını iyileştirmek için faydalıdır.
(2) Sıvı faz oksidasyon yöntemi
Sıvı faz oksidasyon yöntemi, karbon fiberi uzun süre temas ettirmek için konsantre nitrik asit, konsantre sülfürik asit, hidrojen peroksit ve diğer oksidanları kullanarak fiber yüzeyinde karboksil, hidroksil ve diğer grupları oluşturmak ve reçine ile bağlanmayı artırmaktır.
(3) Elektrokimyasal oksidasyon yöntemi
Elektrokimyasal oksidasyon, karbon fiberin iletken özelliklerini anot olarak ve grafit, bakır levha veya nikel levhayı katot olarak kullanarak bir DC elektrik alanının etkisi altında karbon fiberin yüzeyini işleme yöntemidir ve elektrolit olarak farklı asit, alkali ve tuz çözeltileri kullanılır. Yüzey elektrokimyasal oksidasyon işleminin etkisi, katman katman oksidasyon aşındırma ve fonksiyonel grup değişimlerinin bileşik bir işlemidir.
(4) Bağlantı maddesi kaplama işlemi yöntemi
Bağlantı maddesinin kimyasal yapısında, elyaf yüzeyi ve reçine ile kimyasal olarak reaksiyona girmesini sağlayan çift fonksiyonel grup bulunur. Fonksiyonel gruplardan bazıları elyaf yüzeyi ile kimyasal bağlar oluşturabilirken, diğer fonksiyonel gruplar reçine ile kimyasal olarak reaksiyona girebilir. Bu tür kimyasal aracılık eylemi sayesinde, bağlantı maddesi reçineyi ve elyaf yüzeyini sıkıca bağlayabilir ve böylece malzemenin genel performansını artırabilir. Bir bağlantı maddesi kullanılarak, yalnızca malzemenin mukavemeti ve dayanıklılığı iyileştirilemez, aynı zamanda yapışması ve kimyasal korozyona karşı direnci de artırılabilir.
(5) Plazma işlemi yöntemi
Plazma teknolojisi, malzemenin yüzeyini işlemek için inert gaz veya oksijen içeren gaz koşulları altında plazma üretmek için esas olarak deşarj, yüksek frekanslı elektromanyetik titreşim, şok dalgası ve yüksek enerjili radyasyon kullanır.
(6) Aşılama modifikasyon teknolojisi
Silisyum karbürün altıgen nano piramitlerinin aşılanmasıyla, karbon fiber ve reçine arasındaki arayüz yapışması önemli ölçüde artırılabilir, bu da yalnızca karbon fiber kompozit malzemelerin mekanik özelliklerini iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda sürtünme performanslarını da iyileştirir. Bu teknoloji fren disklerinin üretiminde uygulanmıştır.
Uygun bir yüzey işleme yöntemi seçilerek, karbon fiberin yüzey özellikleri iyileştirilebilir ve matris malzemesiyle bağlanması artırılabilir, böylece kompozit malzemenin genel performansı iyileştirilebilir.