Обработка поверхности углеродных волокон

Обработка поверхности углеродных волокон [c.37]

Осаждение покрытия происходит в том случае, если материал является катализатором для восстановительной реакции. Ввиду того, что углерод не является катализатором реакции восстановления ионов меди, никеля, поверхность углеродных волокон необходимо предварительно обработать, придав ей каталитические свойства. С этой целью углеродные волокна подвергают обработке в окислительной среде и проходят стадию сенсибилизации и активации прежде, чем покрываются из химического раствора металлом. Поверхностная обработка в окислительной среде положительно сказывается и на свойствах углеродного волокна при работе в композиционном материале повышается сила сцепления с основой, увеличивается прочность композиции на сдвиг [5]. [c.148]

Ионная металлизация. Используя этот метод, предварительно проводят плазменное травление поверхности углеродных волокон, а затем покрывают их поверхность алюминием [2]. Физическое осаждение позволяет нанести металлическую матрицу на каждое элементарное волокно в тонком пучке волокон. Из таких пучков формируют тонкие и гибкие листовые заготовки. Обработку поверхности осуществляют при температуре ниже точки плавления алюминия. Поэтому при ионной металлизации углеродные волокна высокопрочного типа могут взаимодействовать с алюминием, сохраняя высокую прочность. Метод не требует нанесения промежуточного покрытия, регулирующего реакционную способ- ность поверхности волокон, и позволяет непосредственно покрывать ее [c.244]

Обработка в окислительной среде заключалась в выдержке волокна в 65%-ной азотной кислоте в течение Ъ мин. Время выдержки и окислительная среда выбраны на основании анализа результатов рентгеноструктурных исследований углеродных волокон, прошедших обработку в различных окислителях. Предполагается, что обработка ведет к окислению поверхности с разрушением кислородных связей и присоединению к разрушенным связям ионов или групп, обладающих сродством к металлам [1]. В результате предварительных опытов установлено, что пятиминутная выдержка в азотной кислоте не снижает исходной прочности волокна. [c.148]

В работе изложены результаты экспериментальных исследований, связанных с поверхностной обработкой углеродных волокон, нанесением медных покрытий. С помощью растровой электронной микроскопии изучено влияние предварительной обработки углеродных волокон на адгезию покрытия к поверхности волокон. Было обнаружено, что предварительная обработка в окислительной среде способствует улучшению адгезии. Показано, что качество покрытия зависит от режима осаждения и состава раствора. Рис. 3, библиогр. 5. [c.230]

При использовании рассмотренного типа обработки автоэмиссионных катодов отпадает необходимость в длительной тренировке (формовке) рабочих поверхностей, как это имеет место в случае катодов на основе углеродных волокон. [c.183]

Обработка поверхности волокон, используемых для армирования металлов. Для введения в металлы углеродных и других волокон часто используют метод нанесения на их поверхность расплава металлической матрицы. Однако углеродные волокна плохо смачиваются жидкими [c.37]

На рис. 2.13 приведены кривые потери массы углеродными волокнами высокопрочного и высокомодульного типа на основе ПАН при выдержке в течение 700 ч в воздушной среде при температуре до 316 °С. Степень термической обработки поверхности волокон влияет на способность к окислению поверхности, так как прогревание ведет к росту ароматических фрагментов и к изменению степени кристалличности волокон. В работе [35] сообщается об увеличении способности к окислению поверхности волокон вследствие присоединения ионов натрия. [c.47]

В последние годы интенсивно исследуют газохимическую обработку поверхности металлических, углеродных, борных и других волокон. [c.52]

Волокнистые композиционные материалы. В волокнистых композиционных материалах упрочнителем служат углеродные, борные, синтетические, стеклянные и др. волокна, нитевидные кристаллы тугоплавких соединений (карбида кремния, оксида алюминия и др.) или металлическая проволока (стальная, вольфрамовая и др.). Свойства материала зависят от состава компонентов, количественного соотношения и прочности связи между ними. Для металлических композиционных материалов прочная связь между волокном и матрицей достигается благодаря их взаимодействию. Связь между компонентами в композиционных материалах на неметаллической основе осуществляется с помощью адгезии. Повышение адгезии волокон к матрице достигается их поверхностной обработкой. Производится осаждение нитевидных кристаллов на поверхность волокон. При этом получаются [c.263]

При обработке слоистых пластиков, содержащих углеродные и другие органические волокна, широко применяются стандартные стальные спиральные сверла, зенковки и специальные фрезы для обработки фасонной поверхности, причем специальная технология или инструмент не нужны. Однако при сверлении некоторых органических волокон (например, Кевлар-49 ) наблюдается значительный износ инструмента из-за их большой жесткости. Если сверление ведется через слоистый пластик, может происходить расслоение материала. Для того чтобы после просверливания отверстия сверло не шло дальше, заднюю сторону детали покрывают липкой лентой и сверлят с небольшой скоростью. [c.275]

Для выяснения влияния предварительной обработки поверхности углеродных волокон на образование и качество покрытия были проведены опыты по осаждению меди на необработанное в окислителе волокно, подвергнутое термообработке в воздушной среде при температуре 500° С в течение 1 мин, и волокно, прошедшее обработку в 65%-ной HNOg в течение 5 мин. Дальнейшие сенсибилизация, активация и металлизация проводились в одинаковых условиях. В случае, если волокно не прошло окислительную обработку, часто происходит образование одной рубашки на группе элементарных волокон. На рис. 1, (см. вклейку) полученном на растровом электронном микроскопе, показана группа, состоящая из четырех элементарных волокон. При разрыве нити одно элементарное волокно было удалено из оболочки. Видно отслоение и самой оболочки, что свидетельствует о плохой адгезии покрытия к поверхности волокна. Следует также учитывать и крутку волокна, которая благодаря тесному контакту элементарных волокон между собой препятствует проникновению раствора внутрь. Характер разрыва углеродных волокон, прошедших предварительное окисление на воздухе или в растворе азотной кислоты, как правило, свидетельствует о хорошей адгезии покрытия к поверхности волокна. Анализ снимков позволяет сделать вывод о необходимости предварительной обработки углеродных волокон в окислительной среде. [c.149]

Система алюминий — углеродное волокно. По данным [90] алюминий практически не растворим в углероде, а растворимость углерода в алюминии не превышает 0,05% по массе при 1300— 1500° С. Главной реакцией, определяющей взаимодействие углеродного волокна с алюминием, является реакция образования карбида AI4 3. Обычно алюминиевые композиции, армированные углеродными волокнами, получают методами пропитки расплавом [169, 211]. Углеродные волокна не смачиваются расплавами на основе алюминия до 1100° С. При этой температуре волокна растворяются в расплаве на 40—60% своего объема и полностью теряют прочность. Количество карбидной фазы в материале, полученном при температуре самопроизвольного смачивания, настолько велико, что при последующем хранении образцов в течение нескольких дней они самопроизвольно разрушаются в результате выделения ацетилена при реакции карбида с влагой. Если пропитываются волокна с никелевым или медным покрытием, то последнее интенсивно растворяется в расплаве, и волокна разунроч-няются после контакта с расплавом в течение 2—5 мин на 40— 50% исходной прочности. Подобное же явление отмечено в работе [128], авторы которой обеспечивали смачивание путем химической обработки поверхности углеродных волокон. [c.85]

Химическое осаждение никеля и меди на углеродные жгуты и ленты различной текстильной структуры основано на восстановлении ионов металла из водного раствора с помощью растворенного восстановителя [88]. Осаждение никеля происходит только после придания поверхности углеродных волокон каталитических свойств. Для этого углеродные жгуты и ленты непосредственно перед металлизацией подвергают обработке в окислительной среде, сенсибилизации и активации. Предварительная обработка и собственно процесс металлизации должны обеспечивать равномерное нанесение никеля или меди на углеродные филаменты и образование прочной связи металла с основой без снижения прочностных характеристик волокна и нарушения целостности барьерного слоя. [c.55]

Обработка поверхности волокон, используемых для армирования пластмасс. Чтобы армированные углеродными волокнами пластмассы, т. е. углепластики, обладали высокими механическими характеристиками, необходимо обеспечить прочность адгезионной связи между углеродными волокнами и полимерной матрицей, достаточную для передачи напряжения от волокна к волокну. Однако поверхность углеродных волокон, образовавшихся в процессе карбонизации или графити-зации, характеризуется слабой адгезией к ней полимерной матрицы. Следовательно, при использовании углеродных волокон для армирования пластмасс необходимо проводить обработку их поверхности с целью повышения адгезии. Обработка поверхности представляет собой обычно слабое окисление поверхности волокон, не снижающее их прочностных характеристик. Окисление осуществляют, например, в жидкости электролитическим методом [14]. 0 [c.37]

Адгезия на границе раздела углеродное волокно - полимерная матрица определяется следующими факторами 1) механическими связями вследствие проникновения полимера в шероховатости поверхности волокон 2) химическими связями между поверхностью углеродных волокон и полимерной матрицей 3) физическими связями (обусловленными силами Ван-дер-Ваальса). Основными являются фжторы 1 и 2. Образование химических связей в системе углеродное волокно — полимерная матрица определяется химически активными функциональными группами на поверхности углеродных волокон. Эти функциональные группы связываются с атомами углерода соседних ароматических фрагментов. По мере увеличения числа таких атомов углерода усиливается химическая связь между углеродным волокном и полимерной матрицей. В реальном случае при обработке поверхности возрастает число кислотных функциональных групп и соответственно повышается прочность углепластика при межслоевом сдвиге (рис. 2.7) [15]. При использовании высокомодульных углеродных волокон адгезия на границе раздела волокно — полимер определяется преимущественно механическими связями вследствие шероховатости поверхности углеродных волокон этого типа [16]. [c.37]

Рис. 10. Поверхность углеродных волокон иосле окислительной обработки а — волокна на основе полиакрилнитрильного сырья б — волокна на основе вискозного смрья

Однако, по данным Барклая и Бонфилда )[3], отжиг при температурах ниже 1273 К в вакууме 10 мм рт. ст. не влияет на прочность одиночных углеродных волокон с никелевым покрытием. Как оказалось, снижение прочности после обработки при более высоких температурах связано с образованием соответствующей поверхности раздела углерод — никель, а не с рекристаллизацией волокон. [c.413]

Поскольку главную роль в эрозии поверхности играют пондеро-моторные силы и ионная бомбардировка, то были проведены исследования их влияния на поверхность автокатодов из углеродных волокон разных температур термической обработки (1500 °С, 2000 °С, 2600 °С) в процессе формовки в различных вакуумных условиях [c.145]

Диапазон требований к электронным пушкам, в зависимости от назначения, достаточно широк — от растровых электронных микроскопов [311—313], требующих хорошо сфокусированных пучков, до аппаратуры электронно-лучевой обработки [314, 315], для которых необходимы большие токи. В последнем случае используются автокатоды большой площади (более 1 см ) из пучков углеродных волокон [314] или высокопрочного графита типа МПГ-6 [315] с расположенной вблизи плоскости катода управляющей сетки с большой прозрачностью. Такая конструкция электронной пушки позволяет получить электронный пучок любой конфигурации, которая определяется формой и размером рабочей поверхности автокатода. Однако для большинства приложений электронных пушек требуется фокусировка электронного пучка. Неплохие результаты дает использование внешних электромагнитных катушек, но из-за большой скорости автоэлектронов они получаются очень громоздкими. Поэтому была предложена внутренняя однополосная система магнитной фокусировки [316], в которой магнитный полюс находится в непосредственной близости от автокатода, что позволяет наиболее эффективно изменять траекторию автокатодов. [c.244]

Углеродные волокна получают из волокон полиакрилонитрила, жидкокристаллических пеков и обычных пеков. ) В производственном процессе прежде всего изготавливаются исходные волокна, которые затем нагревают в воздушной среде до температуры 200 - 300 °С. Этот процесс для волокон из ПАН называют предварительной обработкой или обработкой для придания огнестойкости, а для пековых волокон - обработкой для придания неплавкости. В ходе такого процесса происходит частичное окисление углеродных волокон. Затем окисленные волокна подвергаются высокотемпературному прогреву. Процесс прогрева в зависимости от режима может привести к карбонизации или графитизации волокон. На заключительной стадии процесса осуществляют обработку поверхности карбонизованных или графитизированных волокон, после чего поверхность подвергают аппретированию или шлихтованию (рис. 2.1). [c.30]

Для улучшения смачиваемости углеродных волокон расплавленным алюминием разработан способ последовательной обработки поверхности волокон расплавами Na, Sn - 2%Mg и алюминиевых сплавов [18]. При армировании углеродными волокнами сплавов на основе Д1 и Mg наряду с улучшением смачиваемости волокон необходимо предотвращать снижение их прочности, которое может происходить при контакте с раплав-ленньш металлом. Для решения этой задачи требуются дальнейшие исследования, которые могли бы дать практические рекомендации по сохранению прочности углеродных волокон при контакте с расплавами металлов. [c.38]

Величины удельной поверхности различных типов углеродных воло кон на основе ПАН приведены в табл. 2.4 [33]. Высокопрочные и вы сокомодульные углеродные волокна с необработанной поверхностьк имеют удельную поверхность около 0,5 м /г. В результате обработки удельная поверхность несколько возрастает. Удельная поверхность производимых в Японии углеродных волокон на основе ПАН характеризуется данными, приведенными в табл. 2.4 [34]. Активную поверхность, которую занимают соседние атомы ароматических фрагментов, оп ределяют по химической адсорбции кислорода. При обработке поверхности она увеличивается. По мере снижения температуры прогрева активная поверхность также увеличивается. Наружный слой углеродных волокон обладает сильными дренажными свойствами. В целом углеродные волокна имеют очень низкую гигроскопичность. [c.46]

ВОЛОКОН связующим. Обычно полимерные связующие хорошо смачивают поверхность армирующих волокон при использовании металлических связующих проблема смачиваемости приобретает особое значение. И борные, и углеродные волокна плохо смачиваются расплавами металлов и сплавов. Поэтому, для того чтобы металлическое связующее достаточно хорошо проникало в межволоконное пространство, необходимо проводить специальную обработку поверхности волокон. Однако такая обработка элементарных волокон в пучке затруднена контактом волокон друг с другом это обстоятельство характерно для углеродных армирующих материалов, состоящих из большого числа элементарных волокон. Следует отметить, что вещества, нанесенные на поверхность тонких волокон, оказывают заметное влияние на свойства матрищ>1. Так, при нанесении поверхностного слоя толщиной 0,5 мкм на волокна диаметром 5 мкм площадь поперечного сечения поверхностного слоя составляет 44% площади поперечного сечения волокон. Это приводит к заметному изменению механических и физических свойств матрищ>1. Площадь поперечного сечения поверхностного слоя такой же толщины, нанесенного на борные волокна диаметром 100 мкм, составляет всего лишь 2% площади поперечного сечения волокон и его влияние на свойства матрицы менее значительно. [c.269]

Влияние различной прочности сцепления волокон с матрицей в композиционных материалах на основе высоколмодульных углеродных волокон было также исследовано Харрисом с сотр. [124]. На рис. 2.65 показана полученная ими корреляция энергии разрушения с обратной величиной межслойной прочности при сдвиге, которая зависит от характера обработки поверхности волокон [c.128]

Связь между компонентами в КМ на неметаллической основе осуществляется с помощью адгезии. Плохой адгезией к матрице обладают высокопрочные борные, углеродные, керамические волокна. Улучшение сцепления достигается травлением, поверхностной обработкой волокон, называемой вискеризацией. Вискеризация — это выращивание монокристаллов карбида кремния на поверхности углеродных, борных и других волокон перпендикулярно их длине. Полученные таким образом мохнатые волокна бора называют борсик . Вискеризация способствует повышению сдвиговых характеристик, модуля упругости и прочности при сжатии без снижения свойств вдоль оси волокна. Так, увеличение объемного содержания нитевидных кристаллов до 4 - 8 % повышает сдвиговую прочность в 1,5 - 2 раза, модуль упругости и прочность при сжатии на 40 -50 %. [c.449]

Из-за быстрого отверждения и низкого коэффициента диффузии в неметаллической матрице (исключение составляют органоволокниты) в КМ нет переходного слоя между компонентами. Связь между волокнами и матрицей носит адгезионный характер, т.е. осуществляется путем молекулярного взаимодействия. Прочность связи, характеризуемая параметром (т О — прочность сцепления, — коэффициент контакта), повышается с увеличением критического поверхностного натяжения волокна (стс). Для обеспечения высокой прочности связи между компонентами необходимо полное смачивание волокон (которое достигается, например, растеканием жидкого связующего по поверхности волокон) при этом поверхностная энергия волокон должна быть больше поверхностного натяжения жидкой матрицы. Однако для жидких эпоксидных смол, обладающих лучшей адгезией к наполнителям среди других полимеров, поверхностное натяжение составляет 5,0 10 Дж/м , тогда как для углеродных волокон оно находится в интервале (2,7 - 5,8) 10 Дж/м , а дла борных равно 2,0 10 Дж/м . Поверхностную энергию волокон повышают различными методами обработки их поверхности травлением, окислением, вискеризацией. Например, после травления борных волокон в азотной кислоте их критическое поверхностное натяжение достигает сотен джоулей на квадратный метр. На рис. 14.32 видно, что благодаря травлению поверхностное натяжение борного волокна увеличивается и параметр резко возрастает. Это свидетельствует об увеличении прочности связи между волокном и матрицей. [c.456]

На основе результатов испытаний композитов с полиэфирной матрицей, армированных направленно расположенными углеродными волокнами, Харрис и др. [14] пришли к выводу, что Vs энергии разрушения расходуется на вытягивание волокон. В этих экспериментах поверхность волокон подвергали различным видам обработки, изменявшим прочность связи (последнюю оценивали косвенно — по величине прочности при межслоевом сдвиге). В случае наименее прочной поверхности раздела (минимальная сдвиговая прочность) волокна вытягивались на большую длину и энергия разрушения была выше. Аналогичные результаты были получены для композитов с эпоксидной матрицей, армированных углеродным, волокном [2, 42]. Фитц-Рендольф и др. [10], исследовавшие бор-эпоксидиые композиты, заключили, что значительный вклад в работу разрушения вносит и энергия разрушения волокна, и работа вытягивания разрушенных волокон из эпоксидной матрицы. По мнению Меткалфа и Кляйна [27], при данной прочности волокон с ростом коэффициента ее вариации усиливается тенденция к разрушению волокон в точках, далеко отстоящих друг от друга, что-должно привести к увеличению вязкости разрушения (рис. 11). [c.281]

Перед нанесением покрытия волокна подвергали очистке, сенсибилизации и активирующей обработке. Для очистки поверхности волокон от поливинилового спирта их подвергали кипячению в воде. Сенсибилизацию проводили в течение 1—2 мин в растворе, содержащем хлористое олово—2 г/л и соляную кислоту — 50 г/л затем волокно промывали в воде и помещали на 1—2 мин п активирующий раствор (хлористый палладий — 0,1 г/л и соляная кислота — 10 г/л). Покрытия из электролитов № 1 и 2 содержали в своем составе от И до 15,6% по массе фосфора. Наличие фосфора в никеле снижает его температуру плавления до 970° С, углеродные волокна в контакте с ним охрупчива-ются, что значительно снижает прочность композиционного материала. [c.186]

Высокой сорбционной емкостью и повышенной по сравнению с активным углем удельной поверхностью (до 2000 м /г) обладают разработанные новые сорбенты — углеродные волокнистые материалы. Их получают из полимерных гидратцеллюлоз-ных и полиакрилнитриловых волокон термообработкой в потоке благородных газов при 600—1050 °С. Для увеличения сорбционной емкости в процессе обработки сырья к нему добавляют соли тяжелых и редкоземельных металлов. [c.362]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...