कार्बन फाइबर संशोधन

I. कार्बन फाइबर संशोधन का उद्देश्य

के बीच अनुकूलता में सुधारकार्बन फाइबरऔर मैट्रिक्स: मिश्रित सामग्रियों के यांत्रिक गुणों को बढ़ाना और फाइबर सतह और मैट्रिक्स के बीच यांत्रिक इंटरलॉकिंग, भौतिक आसंजन और रासायनिक बंधन को मजबूत करना।

इंटरफेशियल बॉन्डिंग में सुधार: विनिर्माण के दौरान, कार्बन फाइबर 1000 ℃ से ऊपर उच्च तापमान कार्बोनाइजेशन उपचार से गुजरते हैं, जिसके परिणामस्वरूप चिकनी सतह में सक्रिय कार्यात्मक समूहों की कमी होती है। इससे सतह की जड़ता, पॉलिमर के साथ खराब आसंजन और कमजोर इंटरफेशियल बॉन्डिंग होती है, जो सीधे मिश्रित सामग्री की इंटरलेमिनर कतरनी ताकत को प्रभावित करती है।

सतह गतिविधि को बढ़ाना: यह कार्बन फाइबर और मैट्रिक्स सामग्री के बीच प्रभावी तनाव भार हस्तांतरण की अनुमति देता है, जिससे औद्योगिक अनुप्रयोगों में फाइबर सामग्री का मूल्य बढ़ जाता है।

फाइबर गुणों में सुधार: इसमें तापमान प्रतिरोध और ऑक्सीकरण प्रतिरोध में सुधार शामिल है, जिसे फाइबर सतह पर पी, बी और जेडएन जैसे तत्वों की ट्रेस मात्रा पेश करके या धातु या गैर-धातु परतों के साथ कोटिंग करके प्राप्त किया जा सकता है।

द्वितीय. संशोधन का तंत्र विश्लेषण

1. भौतिक संशोधन तंत्र: कार्बन फाइबर का भौतिक संशोधन मुख्य रूप से सतह खुरदरापन और विशिष्ट सतह क्षेत्र को बढ़ाकर इंटरफेसियल सुदृढीकरण प्राप्त करता है:

सतह का खुरदरापन बढ़ना: गैस-चरण ऑक्सीकरण और प्लाज्मा उपचार जैसे तरीके कार्बन फाइबर की सतह के खुरदरेपन को काफी बढ़ा सकते हैं। "वायुमंडलीय दबाव आर्गन प्लाज्मा उपचार कार्बन फाइबर सतह पर ऑक्सीजन सामग्री को 22.5% तक बढ़ा सकता है, पानी के संपर्क कोण को 45.1° तक कम कर सकता है, और उपचार के 300 सेकंड के बाद 3.23 GPa पर तन्य शक्ति बनाए रख सकता है।" एएफएम परीक्षण से पता चला कि सतह खुरदरापन (आरए) 0.31 μm से बढ़कर 0.47 μm हो गया है।

सतह नक़्क़ाशी और सक्रियण: इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण उपचार, "परत-दर-परत ऑक्सीकरण नक़्क़ाशी और कार्यात्मक समूह परिवर्तनों की संयुक्त प्रक्रिया" के माध्यम से, कार्बन फाइबर सतह पर माइक्रोप्रोर्स और खांचे बनाता है, जिससे यांत्रिक इंटरलॉकिंग प्रभाव बढ़ता है।

सतह आकारिकी में सुधार: "प्लाज्मा उपचार भौतिक बमबारी के माध्यम से दूषित पदार्थों को हटाता है और हाइड्रॉक्सिल/कार्बोक्सिल सक्रिय समूहों का परिचय देता है, जिससे इंटरलेयर कतरनी ताकत में काफी सुधार होता है।"

2. रासायनिक संशोधन तंत्र

कार्बन फाइबर का रासायनिक संशोधन मुख्य रूप से सक्रिय कार्यात्मक समूहों को पेश करके इंटरफेशियल वृद्धि प्राप्त करता है:

ऑक्सीजन युक्त कार्यात्मक समूहों का परिचय: तरल-चरण ऑक्सीकरण (ऑक्सीडेंट के रूप में केंद्रित नाइट्रिक एसिड, केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड, हाइड्रोजन पेरोक्साइड इत्यादि का उपयोग करके) और इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण कार्बन फाइबर सतह पर ऑक्सीजन युक्त कार्यात्मक समूहों (जैसे हाइड्रॉक्सिल और कार्बोक्सिल समूह) के प्रकार और संख्या में काफी वृद्धि कर सकता है। "इलेक्ट्रोलाइटिक पोटेंशियोमेट्रिक उपचार कार्बन फाइबर सतह पर ऑक्सीजन सामग्री को 9.36% से 18.04% तक बढ़ा सकता है, संपर्क कोण को 90.2° से घटाकर 62.4° कर सकता है, और इंटरलेमिनर कतरनी ताकत को 56% तक बढ़ा सकता है।"

रासायनिक बंधन निर्माण: "डीए या पॉलीडोपामाइन (पीडीए) मुख्य रूप से शिफ बेस प्रतिक्रिया के माध्यम से कार्बन फाइबर सतह पर -सी = ओ और -सीओओ- कार्यात्मक समूहों के साथ अणु में -एनएच₂ पर प्रतिक्रिया करके रासायनिक ग्राफ्टिंग संशोधन प्राप्त करता है, जिससे कार्बन फाइबर सतह पर स्थिर रासायनिक बंधन बनते हैं।"

सतह ग्राफ्टिंग प्रतिक्रिया: सतह ग्राफ्टिंग विधि में "कार्बन फाइबर को सक्रिय मोनोमर्स के वातावरण में रखना शामिल है, जहां, एक सर्जक की कार्रवाई के तहत, मोनोमर्स सक्रिय समूहों या फाइबर पर किनारे कार्बन परमाणुओं के साथ प्रतिक्रिया करते हैं।"

विशेष संशोधन विधि: "NH₄HCO₃ समाधान में, फाइबर सतह मुख्य रूप से पानी की इलेक्ट्रोलाइटिक ऑक्सीजन रिलीज प्रतिक्रिया और कुछ इलेक्ट्रोएक्टिव पदार्थों की इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया से गुजरती है; फाइबर सतह पर विभिन्न ऑक्सीजन युक्त कार्यात्मक समूहों की सामग्री उपचार समय के विस्तार के साथ लगातार बदलती रहती है, और फाइबर सतह पर कार्यात्मक समूहों के साथ NH₄⁺ की प्रतिक्रिया फाइबर सतह में बड़ी संख्या में एमाइड समूहों का परिचय देती है।" युग्मन एजेंट संशोधन: "एक एमिनोसिलेन युग्मन एजेंट (KH550) का उपयोग कार्बन फाइबर की सतह का इलाज करने के लिए किया गया था, जिससे रासायनिक रूप से बंधी इंटरफ़ेस परत बनती है।

संशोधन के बाद: सक्रिय कार्यात्मक समूहों की संख्या में वृद्धि हुई: O-C=O सामग्री में 95.24% की वृद्धि हुई, और C=O सामग्री में 508.45% की वृद्धि हुई, जिससे अधिक राल बंधन साइटें बनीं।"

तृतीय. संशोधन प्रभावों का व्यापक प्रदर्शन

संशोधन के बाद, कार्बन फाइबर की सतह ध्रुवता में काफी सुधार हुआ, संपर्क कोण कम हो गया, और वेटेबिलिटी में वृद्धि हुई, जिससे मिश्रित सामग्री के इंटरफेसियल गुणों में प्रभावी ढंग से सुधार हुआ। "सतह संशोधन तकनीक कार्बन फाइबर की सतह गतिविधि को बढ़ाती है, कार्बन फाइबर और मैट्रिक्स सामग्री के बीच इंटरफेशियल गुणों को मजबूत करती है, और मैट्रिक्स के साथ उनके आसंजन में सुधार करती है।"

व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, संशोधित कार्बन फाइबर और राल मैट्रिक्स के बीच इंटरफेशियल कतरनी ताकत में काफी सुधार हुआ। "डीए-संशोधित कार्बन फाइबर और एपॉक्सी राल ई51 का आईएफएसएस बढ़कर 65.32 एमपीए हो गया, जो कि अनमॉडिफाइड कार्बन फाइबर की तुलना में 47.35% की वृद्धि है।"

सारांश,कार्बन फाइबरसंशोधन भौतिक और रासायनिक दोनों तंत्रों के माध्यम से कार्बन फाइबर और मैट्रिक्स के बीच इंटरफेसियल गुणों को प्रभावी ढंग से सुधारता है, जिससे समग्र सामग्री के समग्र प्रदर्शन में काफी सुधार होता है।

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