¿Cómo mejora el tratamiento de superficie especial la capacidad de unión de la fibra de carbono con otros materiales? ​

Polvo de fibra de carbono está hecho de filamentos de fibra de carbono de alta resistencia y alto módulo a través de una serie de procesos. Su superficie original es relativamente suave y el número de grupos activos es limitado, lo que la debilita en la fuerza interfacial cuando se combina con otros materiales. El tratamiento de superficie especial está dirigido a esta situación, y la superficie de los filamentos de fibra de carbono se modifica por varios medios, como la física y la química. Entre los métodos físicos, los comunes son el tratamiento con plasma y la arena. El tratamiento con plasma utiliza la interacción entre las partículas activas en el plasma y la superficie de los filamentos de fibra de carbono para grabar la microestructura de la superficie, aumentar la rugosidad de la superficie e introducir nuevos grupos funcionales. En este proceso, las partículas de plasma de alta energía bombardean la superficie de los filamentos de fibra de carbono, lo que hace que los átomos de la superficie migren y se reorganicen, y la superficie originalmente plana forma gradualmente una estructura cóncava nano a escala, al igual que tallar innumerables "brujos" en un plano liso. Estos "barrancos" aumentan en gran medida el área de contacto entre el polvo de fibra de carbono y otros materiales. ​
La arena utiliza partículas de arena rociada de alta velocidad para impactar la superficie de los filamentos de fibra de carbono y daña la superficie a través de la acción mecánica para formar una superficie rugosa. Este tratamiento áspero no solo aumenta el área de la superficie, sino que también introduce estrés en la superficie, lo que hace que los átomos de la superficie sean inestables, aumentando así la actividad de la superficie. También hay varios métodos de tratamiento químico, y el tratamiento con oxidación es uno de los importantes. A través de un oxidante fuerte y la superficie de la fibra de carbono, los átomos de carbono de la superficie se oxidan para formar grupos activos como hidroxilo y carboxilo. Estos grupos activos son como "puentes" para la combinación de materiales. Pueden reaccionar químicamente con los grupos funcionales en el material de la matriz para formar enlaces químicos, y conectar firmemente el polvo de fibra de carbono y el material de la matriz. También hay un tratamiento de polimerización de injerto, a través de la acción de un iniciador, se polimeriza un monómero específico en la superficie de la fibra de carbono para formar una cadena de polímero. Por un lado, estas cadenas de polímero aumentan los sitios activos en la superficie y, por otro lado, pueden formar enredos físicos con el material de la matriz para mejorar aún más la unión de la interfaz. ​
Después de un tratamiento de superficie especial, las propiedades físicas y químicas de la superficie de los filamentos de fibra de carbono cambian significativamente. El aumento de los grupos activos de superficie permite que el polvo de fibra de carbono interactúe con otros materiales de una manera más diversa. Tomando la combinación con la matriz de resina como ejemplo, el polvo de fibra de carbono no tratado y la resina se combinan principalmente por las fuerzas débiles de Van der Waals. Este método de combinación es propenso a interactuar en desunión de desunión cuando se somete a fuerzas externas, lo que resulta en una disminución en el rendimiento del material compuesto. Después de introducir los grupos activos a través del tratamiento de la superficie, los grupos hidroxilo y carboxilo en los grupos activos pueden reaccionar con los grupos activos en la resina por reacciones químicas como la esterificación y la eterificación para formar enlaces covalentes. La resistencia de los enlaces covalentes es mucho mayor que la de las fuerzas de Van der Waals, lo que puede evitar efectivamente el deslizamiento relativo en la interfaz y mejorar en gran medida la resistencia de unión entre el polvo de fibra de carbono y la resina. ​
El cambio en la rugosidad de la superficie también hace una contribución importante a la mejora de la capacidad de unión. La superficie rugosa es como una "hebilla de bloqueo". Cuando el polvo de fibra de carbono se mezcla con el material de la matriz, el material de la matriz puede "incrustar" estas "hebillas de bloqueo" para formar una estructura entrelazada mecánica. El efecto combinado de este enclavamiento mecánico y los enlaces químicos hace que el enlace entre el polvo de fibra de carbono y el material de la matriz sea más fuerte. En aplicaciones prácticas, este fuerte enlace permite que el polvo de fibra de carbono transfiera de manera más efectiva la carga al material de la matriz cuando el material compuesto está sujeto a fuerzas externas como la tensión y la flexión, lo que da el juego completo a su efecto de refuerzo y mejora las propiedades mecánicas generales del material compuesto. Además, la buena unión de interfaz también puede reducir la concentración de tensión y evitar el agrietamiento prematuro y el daño del material durante el uso. ​
Los cambios provocados por el tratamiento de superficie especial también tendrán un impacto positivo en otras propiedades del polvo de fibra de carbono después de combinarse con otros materiales. Por ejemplo, una mejor capacidad de unión ayuda a mejorar la estabilidad térmica de los materiales compuestos. Cuando se calienta el material compuesto, la unión de interfaz apretada puede inhibir la influencia de la expansión térmica y la contracción del material de la matriz en el polvo de fibra de carbono, reducir el daño de la interfaz causado por el estrés térmico y permitir que el material compuesto mantenga un buen rendimiento en un entorno de alta temperatura. En términos de propiedades eléctricas, después de un tratamiento de superficie especial, la resistencia de contacto entre el polvo de fibra de carbono y el material de la matriz conductora se reduce, y los electrones se pueden realizar de manera más suave en el material compuesto, mejorando así la conductividad del material compuesto, lo que hace que tenga un mejor rendimiento en el envasado electrónico, el blindaje electromagnético y otros campos. ​
La ventaja de un tratamiento de superficie especial para mejorar la capacidad de unión del polvo de fibra de carbono con otros materiales se refleja completamente en la aplicación de muchos campos. En el campo del aeroespacial, los materiales compuestos se utilizan ampliamente en la fabricación de componentes estructurales de aeronaves. Los componentes realizados por el polvo de fibra de carbono con resina después del tratamiento de superficie especial tienen una excelente resistencia y características livianas. Debido a que el polvo de fibra de carbono está estrechamente unido a la resina, los componentes pueden mantener la integridad estructural al soportar cargas complejas durante el vuelo, evitar el daño de los componentes efectivos causados ​​por la falla de la interfaz y garantizar la seguridad del vuelo de la aeronave. Al mismo tiempo, la mejora de la capacidad de unión mejora el rendimiento de la fatiga de los materiales compuestos, prolonga la vida útil de los componentes y reduce los costos de mantenimiento. En la fabricación de naves espaciales, como los satélites, este material compuesto bien unido también puede resistir el impacto de los entornos extremos en el espacio y garantizar el funcionamiento normal del equipo. ​
En el campo de la fabricación de automóviles, se pueden utilizar materiales compuestos reforzados con fibra de fibra de carbono con tratamiento especial de superficie para fabricar piezas clave como cuerpos de automóviles y chasis. La unión estrecha permite que los materiales compuestos tengan suficiente fuerza y ​​rigidez al tiempo que reducen el peso del automóvil, mejorando el rendimiento del manejo del automóvil y la economía de combustible. Además, la buena capacidad de unión también puede mejorar la resistencia a la corrosión de los materiales compuestos, permitiendo que las piezas automotrices mantengan un rendimiento estable en varios entornos complejos y extiendan la vida útil del automóvil. Con el desarrollo de nuevos vehículos de energía, se establecen requisitos más altos sobre la resistencia y la seguridad de los componentes como las cajas de baterías. Los materiales compuestos reforzados con fibra de fibra de carbono con tratamiento de superficie especial pueden satisfacer mejor estas necesidades y proporcionar un fuerte apoyo para el desarrollo de nuevos vehículos de energía. ​
En la industria de artículos deportivos, el tratamiento especial de superficie también juega un papel importante. Por ejemplo, en la fabricación de marcos de bicicleta de alta gama, los marcos hechos de polvo de fibra de carbono y resina se combinan estrictamente. No solo son ligeros y fáciles de controlar para los ciclistas, sino que también tienen una excelente fuerza y ​​dureza y pueden resistir varios impactos y estrés durante la conducción. Este marco de alto rendimiento trae a los corredores una mejor experiencia de conducción y ayuda a mejorar su nivel competitivo. En la producción de clubes de golf, el polvo de fibra de carbono se combina de cerca con el material de la matriz, de modo que el club puede transmitir la potencia con mayor precisión al golpear la pelota, mejorando la distancia y la precisión de la toma. En el campo de la fabricación de snowboard, los materiales compuestos con un tratamiento de superficie especial para mejorar la capacidad de unión pueden permitir que el snowboard mantenga una buena estabilidad y capacidad de control bajo diferentes cualidades de nieve y condiciones de deslizamiento. ​
En el campo de la biomedicina, la tecnología de tratamiento de superficie especial también está emergiendo gradualmente. El polvo de fibra de carbono se combina con materiales biocompatibles para hacer huesos artificiales, materiales de reparación de dientes, etc. A través del tratamiento de superficie especial, se mejora la capacidad de unión de la fibra de carbono y los biomateriales, y al mismo tiempo, se da una actividad biológica especial a la superficie del material, por lo que puede integrar mejor con el tejido humano, promover la adhesión celular, el crecimiento y la diferenciación, reducir las reacciones de la rechazo y proporcionar a los pacientes con sailuciones y más efectivos. En el campo de la protección del medio ambiente, se utiliza un tratamiento de superficie especial para mejorar la capacidad de unión de los materiales de polvo de fibra de carbono y adsorción, y preparar adsorbentes de alto rendimiento para el tratamiento de aguas residuales y la purificación del aire. La combinación cerrada hace que el adsorbente sea más estable durante el proceso de adsorción, no fácil de caer y perder, y mejora la eficiencia de adsorción y la vida útil.