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कार्बन फाइबर के लिए सतह उपचार प्रौद्योगिकी में प्रगति

2026-03-31

अमूर्त:

यह लेख कार्बन फाइबर की संरचना और गुणों के साथ-साथ उनकी सतह के उपचार के सामान्य तरीकों का परिचय देता है। यह कार्बन फाइबर के अनुप्रयोग क्षेत्रों और चीन में कार्बन फाइबर विकास की वर्तमान स्थिति और रुझानों का भी सारांश प्रस्तुत करता है।

1 परिचय

कार्बन फाइबर एक रेशेदार कार्बन सामग्री है जिसका घनत्व धात्विक एल्यूमीनियम से कम है लेकिन ताकत स्टील से अधिक है। इसमें संक्षारण प्रतिरोध और उच्च मापांक भी है। कार्बन सामग्री की अंतर्निहित "कठिन" विशेषताओं और कपड़ा फाइबर की प्रक्रियात्मकता ("लचीली") दोनों को ध्यान में रखते हुए, यह दोहरे उपयोग (सैन्य और नागरिक) उन्नत सामग्री की एक नई पीढ़ी का प्रतिनिधित्व करता है, जिसका व्यापक रूप से विमानन, एयरोस्पेस, परिवहन, खेल और अवकाश के सामान, चिकित्सा उपकरणों, मशीनरी, कपड़ा और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। कार्बन फाइबर उद्योग विकसित देशों में स्तंभ उद्योगों के उन्नयन और यहां तक ​​कि राष्ट्रीय अर्थव्यवस्थाओं की समग्र गुणवत्ता में सुधार करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह चीन में औद्योगिक पुनर्गठन और पारंपरिक सामग्रियों के उन्नयन के लिए भी बहुत महत्वपूर्ण है [1]।

1.1 कार्बन फाइबर की संरचना

कार्बन फाइबर में ग्रेफाइट की मूल संरचना होती है, लेकिन आदर्श ग्रेफाइट जाली संरचना नहीं होती है; बल्कि, उनके पास वह चीज़ है जिसे टर्बोस्ट्रेटिक ग्रेफाइट संरचना के रूप में जाना जाता है (चित्र 1-1 देखें)। पॉलीक्रिस्टलाइन संरचना बनाने वाली मूल इकाइयाँ हेक्सागोनल कार्बन परमाणु परत जाली हैं, जो परत तल बनाती हैं। परत तल के भीतर, कार्बन परमाणु 0.1421 एनएम की बंधन लंबाई के साथ मजबूत सहसंयोजक बंधनों से बंधे होते हैं; परत तलों के बीच, कमजोर वैन डेर वाल्स बल कार्य करते हैं, जिसमें इंटरलेयर रिक्ति 0.3360 एनएम से 0.3440 एनएम तक होती है। परतों के बीच कार्बन परमाणुओं की कोई नियमित निश्चित स्थिति नहीं होती है, जिसके परिणामस्वरूप परत के किनारे असमान होते हैं। ग्रेफाइट संरचना की तुलना में, कार्बन फाइबर में कार्बन परमाणु परतें अनियमित अनुवाद और घूर्णन से गुजरती हैं, लेकिन हेक्सागोनल सहसंयोजक-बंधित कार्बन परमाणु परतें अनिवार्य रूप से फाइबर अक्ष के समानांतर संरेखित होती हैं, जिससे फाइबर को अत्यधिक उच्च अक्षीय तन्यता मापांक मिलता है। टर्बोस्ट्रेटिक ग्रेफाइट संरचना में, ग्रेफाइट परतें सबसे मौलिक संरचनात्मक इकाइयाँ हैं, जो एक दूसरे के साथ प्रतिच्छेद करती हैं। कई से दर्जनों परतें ग्रेफाइट क्रिस्टलीय बनाती हैं, जो बदले में लगभग 50 एनएम व्यास और कई सौ नैनोमीटर लंबाई के तंतु बनाती हैं। अंत में, ये तंतु व्यक्तिगत कार्बन फाइबर मोनोफिलामेंट्स बनाते हैं, आमतौर पर व्यास में 6-8 माइक्रोन।

1.2 कार्बन फाइबर का निर्माण

कार्बन फाइबर के निर्माण के दौरान, सतह पर विभिन्न प्रकार के दोष बनते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि पूर्ववर्ती फाइबर के कार्बोनाइजेशन के दौरान, बड़ी संख्या में तत्व और विभिन्न गैसें (जैसे CO₂, CO, H₂O, NH₃, H₂, N₂) उत्पन्न होती हैं और निकल जाती हैं, जिससे फाइबर की सतह और आंतरिक भाग पर रिक्तियां और दोष उत्पन्न हो जाते हैं। विशेष रूप से जब एक निश्चित चरण में गैस का विकास बहुत हिंसक होता है, तो फाइबर की सतह और आंतरिक भाग पर बनी रिक्तियां और दोष अधिक गंभीर हो जाते हैं। कार्बन फाइबर में देखे गए मुख्य दोषों में पाँच प्रकार शामिल हैं: केंद्रीय छिद्र, द्विध्रुवीय रिक्तियाँ, समावेशन, सुई जैसे छिद्र और सतह दरारें। सतह दोषों के आसपास माइक्रोक्रिस्टलाइन बेसल विमान दोष के आकार के अनुरूप होते हैं, और दोष के चारों ओर अव्यवस्थित अभिविन्यास का क्षेत्र बढ़ जाता है। कार्बन फाइबर में, ग्रेफाइट परतों के किनारों पर और सतह पर दोषपूर्ण स्थानों पर कार्बन परमाणु परतों के भीतर बरकरार बेसल कार्बन परमाणुओं से भिन्न होते हैं। परतों के भीतर बेसल कार्बन परमाणु सममित बलों का अनुभव करते हैं, उच्च बंधन ऊर्जा रखते हैं, और कम प्रतिक्रियाशीलता प्रदर्शित करते हैं; सतह के किनारों और सतह दोषों पर कार्बन परमाणु असममित बलों का अनुभव करते हैं, उनमें अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं, और वे अधिक सक्रिय होते हैं। इसलिए, कार्बन फाइबर की सतह गतिविधि किनारों और दोष स्थलों पर कार्बन परमाणुओं की संख्या से संबंधित है।

1.3 कार्बन फाइबर के गुण

कार्बन फाइबर में कम घनत्व, हल्का वजन, अच्छी विद्युत चालकता होती है, गैर-चुंबकीय होते हैं, विद्युत चुम्बकीय तरंग परिरक्षण क्षमता रखते हैं, और अच्छा एक्स-रे संप्रेषण प्रदर्शित करते हैं। हाल के वर्षों में, कार्बन फाइबर की घटती लागत और मिश्रित सामग्री निर्माण प्रौद्योगिकी में प्रगति के कारण, वे विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण कंपोजिट के लिए एक अनुसंधान हॉटस्पॉट बन गए हैं। कार्बन फाइबर की थोक रासायनिक संरचना में सी, एन, ओ, एच जैसे तत्व और धातु की अशुद्धियाँ शामिल हैं, जबकि सतह की रासायनिक संरचना सी, ओ, एच है। इसके अतिरिक्त, कुछ ध्रुवीय प्रतिक्रियाशील समूह जैसे किटोन, कार्बोक्सिल और हाइड्रॉक्सिल समूह सतह पर मौजूद हैं, लेकिन उनकी मात्रा बहुत कम है। परिणामस्वरूप, अनुपचारित कार्बन फाइबर में एक चिकनी सतह, कम प्रतिक्रियाशीलता, छोटा विशिष्ट सतह क्षेत्र (आम तौर पर 1 m²·g⁻¹ से कम), पानी में बड़ा गीला कोण, हाइड्रोफोबिसिटी और खराब बंधन और फैलाव गुण होते हैं। इस तथ्य का लाभ उठाते हुए कि कार्बन फाइबर को ऑक्सीकरण एजेंटों द्वारा और उच्च तापमान पर हवा में ऑक्सीजन द्वारा ऑक्सीकरण किया जा सकता है, सतह के कार्बन तत्वों को ऑक्सीजन युक्त समूहों में ऑक्सीकरण किया जा सकता है, जिससे कार्बन फाइबर के इंटरफेशियल आसंजन, वेटेबिलिटी और रासायनिक स्थिरता में सुधार होता है।

2. कार्बन फाइबर के भूतल उपचार में अनुसंधान प्रगति

तैयारी के दौरान, कार्बन फाइबर उच्च तापमान वाले अक्रिय गैस वातावरण में कार्बोनाइजेशन उपचार से गुजरते हैं। जैसे-जैसे गैर-कार्बन तत्व निकलते हैं और कार्बन समृद्ध होता जाता है, कार्बन फाइबर सतह पर सक्रिय कार्यात्मक समूहों की संख्या कम हो जाती है, और मैट्रिक्स राल के साथ वेटेबिलिटी बिगड़ जाती है। इसके अलावा, कार्बन फाइबर की तन्यता ताकत में सुधार करने के लिए, सतह के दोषों को यथासंभव कम किया जाना चाहिए, जिसके परिणामस्वरूप एक छोटा विशिष्ट सतह क्षेत्र प्राप्त होगा। यह चिकनी सतह मैट्रिक्स के साथ खराब एंकरिंग प्रभाव की ओर ले जाती है, जिससे कार्बन फाइबर कंपोजिट की इंटरफेशियल ताकत कम हो जाती है और कार्बन फाइबर के उच्च प्रदर्शन के पूर्ण खेल को सीमित कर दिया जाता है। इसलिए, कार्बन फाइबर और मैट्रिक्स सामग्रियों के बीच इंटरफेशियल आसंजन में सुधार करने और कार्बन फाइबर की उच्च शक्ति और उच्च मापांक विशेषताओं का पूरी तरह से उपयोग करने के लिए, मैट्रिक्स के साथ वेटेबिलिटी और आसंजन को बढ़ाने के लिए कार्बन फाइबर की सतह में संशोधन आवश्यक है, जिससे समग्र के इंटरफेशियल बॉन्डिंग प्रदर्शन में सुधार होता है।

कार्बन फाइबर का सतही संशोधन निम्नलिखित तीन प्रभाव प्राप्त कर सकता है:

  • कमजोर इंटरफ़ेस परतों के निर्माण को रोकें। कमजोर इंटरफ़ेस परतों में मुख्य रूप से अधिशोषित अशुद्धियाँ, रिलीज़ एजेंट शामिल हैं; इंटरफ़ेस उम्र बढ़ने के दौरान गठित ऑक्साइड परतें, हाइड्रेट परतें; और मैट्रिक्स के साथ अपर्याप्त गीलापन के कारण हवा की परतें फंस गईं।

  • आसंजन के लिए उपयुक्त सतह आकृति विज्ञान उत्पन्न करें, एंकरिंग प्रभाव के माध्यम से इंटरफेशियल बॉन्डिंग प्रदर्शन में सुधार करने के लिए सुदृढीकरण सामग्री की सतह पर दबाव बनाएं।

  • सुदृढीकरण सामग्री की सतह को मामूली ध्रुवीय आवरण एजेंट के साथ कोटिंग करके, या कार्यात्मक समूहों को पेश करने के लिए सतह पर रासायनिक उपचार द्वारा राल और सुदृढीकरण सामग्री के बीच संबंध में सुधार करें, जिससे इंटरफेशियल बॉन्डिंग प्रदर्शन में सुधार होगा।

वर्तमान में, कार्बन फाइबर के सतह संशोधन के लिए उपयोग की जाने वाली मुख्य विधियों में ऑक्सीकरण उपचार, कोटिंग उपचार, प्लाज्मा उपचार, रासायनिक वाष्प जमाव उपचार, सतह ग्राफ्टिंग उपचार और सुपरक्रिटिकल द्रव उपचार शामिल हैं।

2.1 गैस-चरण ऑक्सीकरण उपचार

कार्बन फाइबर की सतह विशेषताओं को सुधारने और विनियमित करने के लिए ऑक्सीकरण उपचार एक महत्वपूर्ण दृष्टिकोण है। ऑक्सीकरण उपचार के माध्यम से, फाइबर सतह पर कार्बोक्सिल, हाइड्रॉक्सिल और कार्बोनिल समूहों जैसे ऑक्सीजन युक्त समूह उत्पन्न किए जा सकते हैं, जिससे फाइबर और राल मैट्रिक्स के बीच रासायनिक प्रतिक्रियाओं से इंटरफेशियल बॉन्डिंग बन सकती है। हालाँकि, यह विधि कार्बन फाइबर की संरचना को भी नुकसान पहुंचा सकती है और उनके भौतिक और रासायनिक गुणों को प्रभावित कर सकती है, इसलिए ऑक्सीकरण समय को सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया जाना चाहिए। ऑक्सीकरण उपचार में मुख्य रूप से तीन विधियाँ शामिल हैं: गैस-चरण ऑक्सीकरण, तरल-चरण ऑक्सीकरण, और विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण। गैस-चरण ऑक्सीकरण फाइबर सतह को ऑक्सीकरण करने के लिए ऑक्सीकरण गैसों का उपयोग करता है, ध्रुवीय समूहों (जैसे -ओएच, आदि) को पेश करता है और कंपोजिट की इंटरलेमिनर कतरनी ताकत में सुधार करने के लिए उचित खुरदरापन प्रदान करता है। वायु ऑक्सीकरण का उपयोग करते समय, ऑक्सीकरण तापमान का उपचार के परिणाम पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। जे. ली एट अल. [2-3] क्रमशः वायु ऑक्सीकरण और ओजोन ऑक्सीकरण का उपयोग करके कार्बन फाइबर का इलाज किया गया, और फिर उन्हें कार्बन फाइबर/पॉलीथेरेथेरकीटोन (पीईईके) कंपोजिट का उत्पादन करने के लिए पॉलिमराइज़ किया गया। परिणामों से पता चला कि ओजोन ऑक्सीकरण के बाद, कार्बन फाइबर सतह पर -COOH सामग्री में काफी वृद्धि हुई। 3 मिनट के ऑक्सीकरण समय के साथ, सीएफ/पीईईके कंपोजिट की इंटरफेशियल कतरनी ताकत (आईएफएसएस) अनुपचारित की तुलना में 60% बढ़ गई। वायु ऑक्सीकरण उपचार की तुलना में, ओजोन ऑक्सीकरण उपचार अधिक प्रभावी था।

इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण में आमतौर पर इलेक्ट्रोलाइट समाधान में एनोड के रूप में कार्बन फाइबर का उपयोग करना, प्रतिक्रिया तापमान, इलेक्ट्रोलाइट एकाग्रता, उपचार समय और वर्तमान घनत्व जैसे मापदंडों को बदलकर सतह ऑक्सीकरण स्थिति को नियंत्रित करना शामिल होता है। अन्य ऑक्सीकरण उपचारों की तरह, इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण फाइबर की सतह पर विभिन्न कार्यात्मक समूहों (एस्टर, कार्बोक्सिल, हाइड्रॉक्सिल, आदि) का परिचय देता है, जिससे फाइबर गीलापन, आसंजन विशेषताओं और मैट्रिक्स के साथ संबंध में सुधार होता है, जिससे कार्बन फाइबर-प्रबलित कंपोजिट के यांत्रिक गुणों में काफी वृद्धि होती है। वर्तमान में, कार्बन फाइबर सतहों के विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण पर कई रिपोर्टें हैं। सामग्री में मुख्य रूप से ऑक्सीकरण की स्थिति, ऑक्सीकरण के बाद कार्बन फाइबर सतह के गुण और आकारिकी और ऑक्सीकरण तंत्र का प्रभाव शामिल है। जी लियू एट अल. [4] एक मिश्रित (NH₄HCO₃)/(NH₄)₂C₂O₄·H₂O इलेक्ट्रोलाइट में विद्युत रासायनिक रूप से ऑक्सीकृत कार्बन फाइबर। परिणामों से पता चला कि कार्बन फाइबर सतह पर ऑक्सीजन और नाइट्रोजन युक्त कार्यात्मक समूहों में काफी वृद्धि हुई है; न केवल कार्बन फाइबर की तन्यता ताकत में 17.1% की वृद्धि हुई, बल्कि कार्बन फाइबर मिश्रित की इंटरलेमिनर कतरनी ताकत (आईएलएसएस) में भी 14.5% की वृद्धि हुई। सू-जिन पार्क एट अल। पैन-आधारित कार्बन फाइबर पर सतह संशोधन उपचार करने के लिए एक मिश्रित अमीन इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग किया गया, जिससे क्रमशः 117 जीपीए, 87 जीपीए और 107 जीपीए, 103 जीपीए के आईएफएसएस और आईएलएसएस मान प्राप्त हुए।

2.2 प्लाज्मा उपचार

प्लाज्मा पदार्थ की एक समग्र अवस्था है जिसमें पर्याप्त संख्या में सकारात्मक और नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कण और लगभग समान चार्ज होते हैं। फाइबर सतहों को संशोधित करने के लिए प्लाज्मा ऑक्सीकरण का उपयोग आमतौर पर सामग्री की सतह पर गैर-पॉलीमराइजिंग गैसों की भौतिक और रासायनिक क्रिया को संदर्भित करता है। गैर-पॉलीमराइजिंग गैसें या तो प्रतिक्रियाशील या अक्रिय गैसें हो सकती हैं। आमतौर पर प्लाज्मा ऑक्सीजन का उपयोग किया जाता है, जिसमें उच्च ऊर्जा और मजबूत ऑक्सीकरण शक्ति होती है। जब यह कार्बन फाइबर सतह पर प्रभाव डालता है, तो यह क्रिस्टल कोनों और किनारों या डबल-बॉन्ड संरचनाओं जैसे दोषों को ऑक्सीजन युक्त सक्रिय समूहों में ऑक्सीकरण कर सकता है। हुआंग युडोंग एट अल। प्लाज्मा वायु के साथ कार्बन फाइबर का उपचार किया और फिर कार्बन फाइबर/फेनोलिक कंपोजिट का उत्पादन किया। जब उपचार का समय 20 मिनट था, तो एकल फाइबर और मैट्रिक्स राल के बीच आईएलएसएस और इंटरफेशियल माइक्रो-डीबॉन्डिंग बल क्रमशः 52.8% और 56.5% बढ़ गया, और अंतिम उत्पाद का इंटरफेशियल बॉन्डिंग प्रदर्शन 40% से अधिक बढ़ गया। ज़िओंग जी एट अल। ठंडे प्लाज्मा ऑक्सीजन के साथ कार्बन फाइबर का इलाज किया गया, और उनके सीएफआरपी-सीमेंट मोर्टार का अधिकतम फ्रैक्चर लोड और क्रूरता सूचकांक काफी बढ़ गया। किंग्सले किन ची हो एट अल। [5] एक नई उपचार पद्धति अपनाई गई जिसमें प्लाज़्मा का उपयोग करके कार्बन फाइबर के रुक-रुक कर या निरंतर एक तरफा या दो तरफा फ्लोराइडेशन शामिल है, जिसमें कार्बन फाइबर सतह पर फ्लोरीन समूहों को शामिल किया गया है।

2.3 कोटिंग उपचार

कोटिंग उपचार में समग्र इंटरफ़ेस परत की संरचना और गुणों को बदलने के लिए फाइबर सतह पर एक निश्चित बहुलक लागू करना शामिल है। सतह कोटिंग निम्नलिखित कार्य करती है: कोटिंग फाइबर को क्षति से बचा सकती है, फाइबर बंडलिंग में सुधार कर सकती है, और फाइबर की ताकत का उपयोग करने में मदद कर सकती है; कोटिंग फाइबर की सतह के गुणों को बदल सकती है और राल मैट्रिक्स के साथ फाइबर वेटेबिलिटी में सुधार कर सकती है; कोटिंग में प्रतिक्रियाशील कार्यात्मक समूह फाइबर सतह और राल मैट्रिक्स के बीच रासायनिक बंधन की सुविधा प्रदान करते हैं; कोटिंग सतह के उपचार के बाद सतह गतिविधि के नुकसान को रोक सकती है। तमाकी मेलानोमा एट अल। [6] टी1000 कार्बन फाइबर की सतह पर लगभग 100 एनएम मोटी पॉलीमाइड (पीआई) नैनोकोटिंग की गई। जब कार्बन फाइबर बंडल को बढ़ाया गया, तो पीआई नैनोकोटिंग ने कार्बन फाइबर पर सतह दोषों के प्रसार को रोकने और तनाव एकाग्रता को कम करने में मदद की, जिससे कार्बन फाइबर की तन्यता ताकत प्रभावी ढंग से बढ़ गई।

3. कार्बन फाइबर के अनुप्रयोग

3.1 एयरोस्पेस क्षेत्र

कार्बन फाइबर कंपोजिट में कई फायदे हैं, जिनमें उच्च विशिष्ट शक्ति और विशिष्ट मापांक, अच्छा थकान प्रतिरोध और उत्कृष्ट आयामी स्थिरता शामिल हैं। वे नई पीढ़ी के हथियारों के विकास के लिए एक मौलिक सामग्री के रूप में काम करते हैं और व्यापक रूप से विमान और अंतरिक्ष यान के लिए संरचनात्मक सामग्री के रूप में उपयोग किए जाते हैं। उदाहरणों में विमान के मुख्य पंख, पूंछ पंख और धड़ के लिए प्राथमिक संरचनात्मक सामग्री शामिल हैं; माध्यमिक संरचनात्मक सामग्री जैसे एलेरॉन, पतवार, लिफ्ट, आंतरिक सामग्री, फर्श सामग्री, बीम और ब्रेक पैड; हेलीकाप्टर ब्लेड; रॉकेट निकास शंकु, इंजन कवर, आदि; उपग्रह संरचनात्मक निकाय, सौर पैनल और एंटेना, प्रक्षेपण यान, और मिसाइल आवरण।

3.2 बिल्डिंग सुदृढीकरण क्षेत्र

फाइबर-प्रबलित कंपोजिट की विशिष्ट ताकत स्टील की तुलना में बहुत अधिक है, और उनका विशिष्ट मापांक आम तौर पर स्टील की तुलना में भी अधिक है। इस उत्कृष्ट यांत्रिक प्रदर्शन ने जापान, संयुक्त राज्य अमेरिका, यूरोप और अन्य देशों और क्षेत्रों में सिविल इंजीनियरिंग संरचनाओं के लिए सुदृढीकरण और मरम्मत सामग्री के रूप में उनके व्यापक अनुप्रयोग को जन्म दिया है। कार्बन फाइबर सामग्री में स्टील की तुलना में एक लोचदार मापांक होता है, जबकि सामान्य स्टील की तुलना में दस गुना अधिक तन्यता ताकत प्रदर्शित होती है। उनका संक्षारण प्रतिरोध और स्थायित्व भी उत्कृष्ट है। इसलिए, कंक्रीट संरचनाओं को मजबूत करने के लिए कार्बन फाइबर का उपयोग करते समय, फिक्सिंग के लिए किसी अतिरिक्त बोल्ट या रिवेट्स की आवश्यकता नहीं होती है। संक्षारण प्रतिरोध और स्थायित्व उत्कृष्ट है, मूल कंक्रीट संरचना में गड़बड़ी न्यूनतम है, और निर्माण प्रक्रिया सरल और सुविधाजनक है।

निष्कर्ष

संक्षेप में, कार्बन फाइबर के लिए विभिन्न सतह उपचार विधियों में से प्रत्येक की अपनी विशेषताएं हैं। गैर-ऑक्सीकरण विधियों में, वाष्प जमाव और प्लाज्मा विधियां अभी भी घरेलू और अंतरराष्ट्रीय स्तर पर प्रयोगशाला चरण में हैं और अभी तक औद्योगिक उत्पादन हासिल नहीं किया है; कपलिंग एजेंट कोटिंग और पॉलिमर कोटिंग विधियां नगण्य प्रभाव दिखाती हैं। ऑक्सीकरण विधियों में, तरल-चरण ऑक्सीकरण केवल बैच ऑपरेशन के लिए उपयुक्त है; गैस-चरण ऑक्सीकरण के लिए प्रतिक्रिया समय कार्बन फाइबर के प्रकार और ऑक्सीकरण की वांछित डिग्री पर निर्भर करता है; गैस-तरल दोहरे ऑक्सीकरण को नियंत्रित करना मुश्किल है। तुलनात्मक रूप से कहें तो इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण के सबसे अधिक फायदे हैं। यह न केवल कार्बन फाइबर की सतह की अस्थिरता और प्रतिक्रियाशीलता में काफी सुधार करता है बल्कि हल्के उपचार की स्थिति भी प्रदान करता है जिसे नियंत्रित करना आसान होता है। फाइबर सतह उपचार एक समान है, और विधि आसानी से कार्बन फाइबर उत्पादन लाइनों के साथ एकीकृत होती है, जो औद्योगिक कार्बन फाइबर उत्पादन में आवेदन के लिए व्यापक संभावनाएं प्रदान करती है।

सन्दर्भ:

  1. कियान शूइलिन. कार्बन फाइबर का अनुप्रयोग और बाजार मांग विश्लेषण [जे]। पेट्रोकेमिकल प्रौद्योगिकी और अर्थव्यवस्था, 2008, 24(1): 26-27।

  2. ली एल. ओजोन और वायु-ऑक्सीकरण-संशोधित कार्बन फाइबर प्रबलित PEEK कंपोजिट [जे] पर इंटरफेशियल अध्ययन। सतह और इंटरफ़ेस विश्लेषण, 2009, 41(4): 310-315।

  3. ली जे, सु वाई एच। तेल-चिकनाई स्थिति के तहत कार्बन फाइबर-प्रबलित पीटीएफई समग्र के शब्दावली गुणों पर ऑक्सीकरण-उपचारित इंटरफ़ेस [जे]। सतह और इंटरफ़ेस विश्लेषण, 2009, 41(5): 333-337।

  4. लियू जे, तियान वाईएल, चेन वाईजे, लियांग जेवाई। (NH₄HCO₃)/(NH₄)₂C₂O₄·H₂O जलीय यौगिक घोल [जे] में इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण द्वारा संशोधित कार्बन फाइबर के इंटरफेशियल और यांत्रिक गुण। अनुप्रयुक्त भूतल विज्ञान, 2010, 256(21): 6199-6204।

  5. किंग्सले केसीएच, एडम एफएल, लामोरिनीरे एस, बिस्मार्क ए। कार्बन फाइबर का निरंतर वायुमंडलीय प्लाज्मा फ्लोरिनेशन [जे]। कंपोजिट भाग ए: अनुप्रयुक्त विज्ञान और विनिर्माण, 2008, 39(2): 364-373।

  6. मेलेनोमा टी, नाइतो के, यांग जेएम, क्योटो जे, सैकर डी, कागावा वाई। उच्च शक्ति वाले पैन-आधारित कार्बन फाइबर [जे] के तन्य गुणों पर अनुपालन पॉलीमाइड नैनोकोटिंग का प्रभाव। समग्र विज्ञान और प्रौद्योगिकी, 2009, 69(7-8): ... (जैसा कि प्रदान किया गया अधूरा संदर्भ)

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यह लेख कार्बन फाइबर की संरचना और गुणों के साथ-साथ उनकी सतह के उपचार के सामान्य तरीकों का परिचय देता है। यह कार्बन फाइबर के अनुप्रयोग क्षेत्रों और चीन में कार्बन फाइबर विकास की वर्तमान स्थिति और रुझानों का भी सारांश प्रस्तुत करता है।

1 परिचय

कार्बन फाइबर एक रेशेदार कार्बन सामग्री है जिसका घनत्व धात्विक एल्यूमीनियम से कम है लेकिन ताकत स्टील से अधिक है। इसमें संक्षारण प्रतिरोध और उच्च मापांक भी है। कार्बन सामग्री की अंतर्निहित "कठिन" विशेषताओं और कपड़ा फाइबर की प्रक्रियात्मकता ("लचीली") दोनों को ध्यान में रखते हुए, यह दोहरे उपयोग (सैन्य और नागरिक) उन्नत सामग्री की एक नई पीढ़ी का प्रतिनिधित्व करता है, जिसका व्यापक रूप से विमानन, एयरोस्पेस, परिवहन, खेल और अवकाश के सामान, चिकित्सा उपकरणों, मशीनरी, कपड़ा और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। कार्बन फाइबर उद्योग विकसित देशों में स्तंभ उद्योगों के उन्नयन और यहां तक ​​कि राष्ट्रीय अर्थव्यवस्थाओं की समग्र गुणवत्ता में सुधार करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह चीन में औद्योगिक पुनर्गठन और पारंपरिक सामग्रियों के उन्नयन के लिए भी बहुत महत्वपूर्ण है [1]।

1.1 कार्बन फाइबर की संरचना

कार्बन फाइबर में ग्रेफाइट की मूल संरचना होती है, लेकिन आदर्श ग्रेफाइट जाली संरचना नहीं होती है; बल्कि, उनके पास वह चीज़ है जिसे टर्बोस्ट्रेटिक ग्रेफाइट संरचना के रूप में जाना जाता है (चित्र 1-1 देखें)। पॉलीक्रिस्टलाइन संरचना बनाने वाली मूल इकाइयाँ हेक्सागोनल कार्बन परमाणु परत जाली हैं, जो परत तल बनाती हैं। परत तल के भीतर, कार्बन परमाणु 0.1421 एनएम की बंधन लंबाई के साथ मजबूत सहसंयोजक बंधनों से बंधे होते हैं; परत तलों के बीच, कमजोर वैन डेर वाल्स बल कार्य करते हैं, जिसमें इंटरलेयर रिक्ति 0.3360 एनएम से 0.3440 एनएम तक होती है। परतों के बीच कार्बन परमाणुओं की कोई नियमित निश्चित स्थिति नहीं होती है, जिसके परिणामस्वरूप परत के किनारे असमान होते हैं। ग्रेफाइट संरचना की तुलना में, कार्बन फाइबर में कार्बन परमाणु परतें अनियमित अनुवाद और घूर्णन से गुजरती हैं, लेकिन हेक्सागोनल सहसंयोजक-बंधित कार्बन परमाणु परतें अनिवार्य रूप से फाइबर अक्ष के समानांतर संरेखित होती हैं, जिससे फाइबर को अत्यधिक उच्च अक्षीय तन्यता मापांक मिलता है। टर्बोस्ट्रेटिक ग्रेफाइट संरचना में, ग्रेफाइट परतें सबसे मौलिक संरचनात्मक इकाइयाँ हैं, जो एक दूसरे के साथ प्रतिच्छेद करती हैं। कई से दर्जनों परतें ग्रेफाइट क्रिस्टलीय बनाती हैं, जो बदले में लगभग 50 एनएम व्यास और कई सौ नैनोमीटर लंबाई के तंतु बनाती हैं। अंत में, ये तंतु व्यक्तिगत कार्बन फाइबर मोनोफिलामेंट्स बनाते हैं, आमतौर पर व्यास में 6-8 माइक्रोन।

1.2 कार्बन फाइबर का निर्माण

कार्बन फाइबर के निर्माण के दौरान, सतह पर विभिन्न प्रकार के दोष बनते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि पूर्ववर्ती फाइबर के कार्बोनाइजेशन के दौरान, बड़ी संख्या में तत्व और विभिन्न गैसें (जैसे CO₂, CO, H₂O, NH₃, H₂, N₂) उत्पन्न होती हैं और निकल जाती हैं, जिससे फाइबर की सतह और आंतरिक भाग पर रिक्तियां और दोष उत्पन्न हो जाते हैं। विशेष रूप से जब एक निश्चित चरण में गैस का विकास बहुत हिंसक होता है, तो फाइबर की सतह और आंतरिक भाग पर बनी रिक्तियां और दोष अधिक गंभीर हो जाते हैं। कार्बन फाइबर में देखे गए मुख्य दोषों में पाँच प्रकार शामिल हैं: केंद्रीय छिद्र, द्विध्रुवीय रिक्तियाँ, समावेशन, सुई जैसे छिद्र और सतह दरारें। सतह दोषों के आसपास माइक्रोक्रिस्टलाइन बेसल विमान दोष के आकार के अनुरूप होते हैं, और दोष के चारों ओर अव्यवस्थित अभिविन्यास का क्षेत्र बढ़ जाता है। कार्बन फाइबर में, ग्रेफाइट परतों के किनारों पर और सतह पर दोषपूर्ण स्थानों पर कार्बन परमाणु परतों के भीतर बरकरार बेसल कार्बन परमाणुओं से भिन्न होते हैं। परतों के भीतर बेसल कार्बन परमाणु सममित बलों का अनुभव करते हैं, उच्च बंधन ऊर्जा रखते हैं, और कम प्रतिक्रियाशीलता प्रदर्शित करते हैं; सतह के किनारों और सतह दोषों पर कार्बन परमाणु असममित बलों का अनुभव करते हैं, उनमें अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं, और वे अधिक सक्रिय होते हैं। इसलिए, कार्बन फाइबर की सतह गतिविधि किनारों और दोष स्थलों पर कार्बन परमाणुओं की संख्या से संबंधित है।

1.3 कार्बन फाइबर के गुण

कार्बन फाइबर में कम घनत्व, हल्का वजन, अच्छी विद्युत चालकता होती है, गैर-चुंबकीय होते हैं, विद्युत चुम्बकीय तरंग परिरक्षण क्षमता रखते हैं, और अच्छा एक्स-रे संप्रेषण प्रदर्शित करते हैं। हाल के वर्षों में, कार्बन फाइबर की घटती लागत और मिश्रित सामग्री निर्माण प्रौद्योगिकी में प्रगति के कारण, वे विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण कंपोजिट के लिए एक अनुसंधान हॉटस्पॉट बन गए हैं। कार्बन फाइबर की थोक रासायनिक संरचना में सी, एन, ओ, एच जैसे तत्व और धातु की अशुद्धियाँ शामिल हैं, जबकि सतह की रासायनिक संरचना सी, ओ, एच है। इसके अतिरिक्त, कुछ ध्रुवीय प्रतिक्रियाशील समूह जैसे किटोन, कार्बोक्सिल और हाइड्रॉक्सिल समूह सतह पर मौजूद हैं, लेकिन उनकी मात्रा बहुत कम है। परिणामस्वरूप, अनुपचारित कार्बन फाइबर में एक चिकनी सतह, कम प्रतिक्रियाशीलता, छोटा विशिष्ट सतह क्षेत्र (आम तौर पर 1 m²·g⁻¹ से कम), पानी में बड़ा गीला कोण, हाइड्रोफोबिसिटी और खराब बंधन और फैलाव गुण होते हैं। इस तथ्य का लाभ उठाते हुए कि कार्बन फाइबर को ऑक्सीकरण एजेंटों द्वारा और उच्च तापमान पर हवा में ऑक्सीजन द्वारा ऑक्सीकरण किया जा सकता है, सतह के कार्बन तत्वों को ऑक्सीजन युक्त समूहों में ऑक्सीकरण किया जा सकता है, जिससे कार्बन फाइबर के इंटरफेशियल आसंजन, वेटेबिलिटी और रासायनिक स्थिरता में सुधार होता है।

2. कार्बन फाइबर के भूतल उपचार में अनुसंधान प्रगति

तैयारी के दौरान, कार्बन फाइबर उच्च तापमान वाले अक्रिय गैस वातावरण में कार्बोनाइजेशन उपचार से गुजरते हैं। जैसे-जैसे गैर-कार्बन तत्व निकलते हैं और कार्बन समृद्ध होता जाता है, कार्बन फाइबर सतह पर सक्रिय कार्यात्मक समूहों की संख्या कम हो जाती है, और मैट्रिक्स राल के साथ वेटेबिलिटी बिगड़ जाती है। इसके अलावा, कार्बन फाइबर की तन्यता ताकत में सुधार करने के लिए, सतह के दोषों को यथासंभव कम किया जाना चाहिए, जिसके परिणामस्वरूप एक छोटा विशिष्ट सतह क्षेत्र प्राप्त होगा। यह चिकनी सतह मैट्रिक्स के साथ खराब एंकरिंग प्रभाव की ओर ले जाती है, जिससे कार्बन फाइबर कंपोजिट की इंटरफेशियल ताकत कम हो जाती है और कार्बन फाइबर के उच्च प्रदर्शन के पूर्ण खेल को सीमित कर दिया जाता है। इसलिए, कार्बन फाइबर और मैट्रिक्स सामग्रियों के बीच इंटरफेशियल आसंजन में सुधार करने और कार्बन फाइबर की उच्च शक्ति और उच्च मापांक विशेषताओं का पूरी तरह से उपयोग करने के लिए, मैट्रिक्स के साथ वेटेबिलिटी और आसंजन को बढ़ाने के लिए कार्बन फाइबर की सतह में संशोधन आवश्यक है, जिससे समग्र के इंटरफेशियल बॉन्डिंग प्रदर्शन में सुधार होता है।

कार्बन फाइबर का सतही संशोधन निम्नलिखित तीन प्रभाव प्राप्त कर सकता है:

  • कमजोर इंटरफ़ेस परतों के निर्माण को रोकें। कमजोर इंटरफ़ेस परतों में मुख्य रूप से अधिशोषित अशुद्धियाँ, रिलीज़ एजेंट शामिल हैं; इंटरफ़ेस उम्र बढ़ने के दौरान गठित ऑक्साइड परतें, हाइड्रेट परतें; और मैट्रिक्स के साथ अपर्याप्त गीलापन के कारण हवा की परतें फंस गईं।

  • आसंजन के लिए उपयुक्त सतह आकृति विज्ञान उत्पन्न करें, एंकरिंग प्रभाव के माध्यम से इंटरफेशियल बॉन्डिंग प्रदर्शन में सुधार करने के लिए सुदृढीकरण सामग्री की सतह पर दबाव बनाएं।

  • सुदृढीकरण सामग्री की सतह को मामूली ध्रुवीय आवरण एजेंट के साथ कोटिंग करके, या कार्यात्मक समूहों को पेश करने के लिए सतह पर रासायनिक उपचार द्वारा राल और सुदृढीकरण सामग्री के बीच संबंध में सुधार करें, जिससे इंटरफेशियल बॉन्डिंग प्रदर्शन में सुधार होगा।

वर्तमान में, कार्बन फाइबर के सतह संशोधन के लिए उपयोग की जाने वाली मुख्य विधियों में ऑक्सीकरण उपचार, कोटिंग उपचार, प्लाज्मा उपचार, रासायनिक वाष्प जमाव उपचार, सतह ग्राफ्टिंग उपचार और सुपरक्रिटिकल द्रव उपचार शामिल हैं।

2.1 गैस-चरण ऑक्सीकरण उपचार

कार्बन फाइबर की सतह विशेषताओं को सुधारने और विनियमित करने के लिए ऑक्सीकरण उपचार एक महत्वपूर्ण दृष्टिकोण है। ऑक्सीकरण उपचार के माध्यम से, फाइबर सतह पर कार्बोक्सिल, हाइड्रॉक्सिल और कार्बोनिल समूहों जैसे ऑक्सीजन युक्त समूह उत्पन्न किए जा सकते हैं, जिससे फाइबर और राल मैट्रिक्स के बीच रासायनिक प्रतिक्रियाओं से इंटरफेशियल बॉन्डिंग बन सकती है। हालाँकि, यह विधि कार्बन फाइबर की संरचना को भी नुकसान पहुंचा सकती है और उनके भौतिक और रासायनिक गुणों को प्रभावित कर सकती है, इसलिए ऑक्सीकरण समय को सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया जाना चाहिए। ऑक्सीकरण उपचार में मुख्य रूप से तीन विधियाँ शामिल हैं: गैस-चरण ऑक्सीकरण, तरल-चरण ऑक्सीकरण, और विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण। गैस-चरण ऑक्सीकरण फाइबर सतह को ऑक्सीकरण करने के लिए ऑक्सीकरण गैसों का उपयोग करता है, ध्रुवीय समूहों (जैसे -ओएच, आदि) को पेश करता है और कंपोजिट की इंटरलेमिनर कतरनी ताकत में सुधार करने के लिए उचित खुरदरापन प्रदान करता है। वायु ऑक्सीकरण का उपयोग करते समय, ऑक्सीकरण तापमान का उपचार के परिणाम पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। जे. ली एट अल. [2-3] क्रमशः वायु ऑक्सीकरण और ओजोन ऑक्सीकरण का उपयोग करके कार्बन फाइबर का इलाज किया गया, और फिर उन्हें कार्बन फाइबर/पॉलीथेरेथेरकीटोन (पीईईके) कंपोजिट का उत्पादन करने के लिए पॉलिमराइज़ किया गया। परिणामों से पता चला कि ओजोन ऑक्सीकरण के बाद, कार्बन फाइबर सतह पर -COOH सामग्री में काफी वृद्धि हुई। 3 मिनट के ऑक्सीकरण समय के साथ, सीएफ/पीईईके कंपोजिट की इंटरफेशियल कतरनी ताकत (आईएफएसएस) अनुपचारित की तुलना में 60% बढ़ गई। वायु ऑक्सीकरण उपचार की तुलना में, ओजोन ऑक्सीकरण उपचार अधिक प्रभावी था।

इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण में आमतौर पर इलेक्ट्रोलाइट समाधान में एनोड के रूप में कार्बन फाइबर का उपयोग करना, प्रतिक्रिया तापमान, इलेक्ट्रोलाइट एकाग्रता, उपचार समय और वर्तमान घनत्व जैसे मापदंडों को बदलकर सतह ऑक्सीकरण स्थिति को नियंत्रित करना शामिल होता है। अन्य ऑक्सीकरण उपचारों की तरह, इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण फाइबर की सतह पर विभिन्न कार्यात्मक समूहों (एस्टर, कार्बोक्सिल, हाइड्रॉक्सिल, आदि) का परिचय देता है, जिससे फाइबर गीलापन, आसंजन विशेषताओं और मैट्रिक्स के साथ संबंध में सुधार होता है, जिससे कार्बन फाइबर-प्रबलित कंपोजिट के यांत्रिक गुणों में काफी वृद्धि होती है। वर्तमान में, कार्बन फाइबर सतहों के विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण पर कई रिपोर्टें हैं। सामग्री में मुख्य रूप से ऑक्सीकरण की स्थिति, ऑक्सीकरण के बाद कार्बन फाइबर सतह के गुण और आकारिकी और ऑक्सीकरण तंत्र का प्रभाव शामिल है। जी लियू एट अल. [4] एक मिश्रित (NH₄HCO₃)/(NH₄)₂C₂O₄·H₂O इलेक्ट्रोलाइट में विद्युत रासायनिक रूप से ऑक्सीकृत कार्बन फाइबर। परिणामों से पता चला कि कार्बन फाइबर सतह पर ऑक्सीजन और नाइट्रोजन युक्त कार्यात्मक समूहों में काफी वृद्धि हुई है; न केवल कार्बन फाइबर की तन्यता ताकत में 17.1% की वृद्धि हुई, बल्कि कार्बन फाइबर मिश्रित की इंटरलेमिनर कतरनी ताकत (आईएलएसएस) में भी 14.5% की वृद्धि हुई। सू-जिन पार्क एट अल। पैन-आधारित कार्बन फाइबर पर सतह संशोधन उपचार करने के लिए एक मिश्रित अमीन इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग किया गया, जिससे क्रमशः 117 जीपीए, 87 जीपीए और 107 जीपीए, 103 जीपीए के आईएफएसएस और आईएलएसएस मान प्राप्त हुए।

2.2 प्लाज्मा उपचार

प्लाज्मा पदार्थ की एक समग्र अवस्था है जिसमें पर्याप्त संख्या में सकारात्मक और नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कण और लगभग समान चार्ज होते हैं। फाइबर सतहों को संशोधित करने के लिए प्लाज्मा ऑक्सीकरण का उपयोग आमतौर पर सामग्री की सतह पर गैर-पॉलीमराइजिंग गैसों की भौतिक और रासायनिक क्रिया को संदर्भित करता है। गैर-पॉलीमराइजिंग गैसें या तो प्रतिक्रियाशील या अक्रिय गैसें हो सकती हैं। आमतौर पर प्लाज्मा ऑक्सीजन का उपयोग किया जाता है, जिसमें उच्च ऊर्जा और मजबूत ऑक्सीकरण शक्ति होती है। जब यह कार्बन फाइबर सतह पर प्रभाव डालता है, तो यह क्रिस्टल कोनों और किनारों या डबल-बॉन्ड संरचनाओं जैसे दोषों को ऑक्सीजन युक्त सक्रिय समूहों में ऑक्सीकरण कर सकता है। हुआंग युडोंग एट अल। प्लाज्मा वायु के साथ कार्बन फाइबर का उपचार किया और फिर कार्बन फाइबर/फेनोलिक कंपोजिट का उत्पादन किया। जब उपचार का समय 20 मिनट था, तो एकल फाइबर और मैट्रिक्स राल के बीच आईएलएसएस और इंटरफेशियल माइक्रो-डीबॉन्डिंग बल क्रमशः 52.8% और 56.5% बढ़ गया, और अंतिम उत्पाद का इंटरफेशियल बॉन्डिंग प्रदर्शन 40% से अधिक बढ़ गया। ज़िओंग जी एट अल। ठंडे प्लाज्मा ऑक्सीजन के साथ कार्बन फाइबर का इलाज किया गया, और उनके सीएफआरपी-सीमेंट मोर्टार का अधिकतम फ्रैक्चर लोड और क्रूरता सूचकांक काफी बढ़ गया। किंग्सले किन ची हो एट अल। [5] एक नई उपचार पद्धति अपनाई गई जिसमें प्लाज़्मा का उपयोग करके कार्बन फाइबर के रुक-रुक कर या निरंतर एक तरफा या दो तरफा फ्लोराइडेशन शामिल है, जिसमें कार्बन फाइबर सतह पर फ्लोरीन समूहों को शामिल किया गया है।

2.3 कोटिंग उपचार

कोटिंग उपचार में समग्र इंटरफ़ेस परत की संरचना और गुणों को बदलने के लिए फाइबर सतह पर एक निश्चित बहुलक लागू करना शामिल है। सतह कोटिंग निम्नलिखित कार्य करती है: कोटिंग फाइबर को क्षति से बचा सकती है, फाइबर बंडलिंग में सुधार कर सकती है, और फाइबर की ताकत का उपयोग करने में मदद कर सकती है; कोटिंग फाइबर की सतह के गुणों को बदल सकती है और राल मैट्रिक्स के साथ फाइबर वेटेबिलिटी में सुधार कर सकती है; कोटिंग में प्रतिक्रियाशील कार्यात्मक समूह फाइबर सतह और राल मैट्रिक्स के बीच रासायनिक बंधन की सुविधा प्रदान करते हैं; कोटिंग सतह के उपचार के बाद सतह गतिविधि के नुकसान को रोक सकती है। तमाकी मेलानोमा एट अल। [6] टी1000 कार्बन फाइबर की सतह पर लगभग 100 एनएम मोटी पॉलीमाइड (पीआई) नैनोकोटिंग की गई। जब कार्बन फाइबर बंडल को बढ़ाया गया, तो पीआई नैनोकोटिंग ने कार्बन फाइबर पर सतह दोषों के प्रसार को रोकने और तनाव एकाग्रता को कम करने में मदद की, जिससे कार्बन फाइबर की तन्यता ताकत प्रभावी ढंग से बढ़ गई।

3. कार्बन फाइबर के अनुप्रयोग

3.1 एयरोस्पेस क्षेत्र

कार्बन फाइबर कंपोजिट में कई फायदे हैं, जिनमें उच्च विशिष्ट शक्ति और विशिष्ट मापांक, अच्छा थकान प्रतिरोध और उत्कृष्ट आयामी स्थिरता शामिल हैं। वे नई पीढ़ी के हथियारों के विकास के लिए एक मौलिक सामग्री के रूप में काम करते हैं और व्यापक रूप से विमान और अंतरिक्ष यान के लिए संरचनात्मक सामग्री के रूप में उपयोग किए जाते हैं। उदाहरणों में विमान के मुख्य पंख, पूंछ पंख और धड़ के लिए प्राथमिक संरचनात्मक सामग्री शामिल हैं; माध्यमिक संरचनात्मक सामग्री जैसे एलेरॉन, पतवार, लिफ्ट, आंतरिक सामग्री, फर्श सामग्री, बीम और ब्रेक पैड; हेलीकाप्टर ब्लेड; रॉकेट निकास शंकु, इंजन कवर, आदि; उपग्रह संरचनात्मक निकाय, सौर पैनल और एंटेना, प्रक्षेपण यान, और मिसाइल आवरण।

3.2 बिल्डिंग सुदृढीकरण क्षेत्र

फाइबर-प्रबलित कंपोजिट की विशिष्ट ताकत स्टील की तुलना में बहुत अधिक है, और उनका विशिष्ट मापांक आम तौर पर स्टील की तुलना में भी अधिक है। इस उत्कृष्ट यांत्रिक प्रदर्शन ने जापान, संयुक्त राज्य अमेरिका, यूरोप और अन्य देशों और क्षेत्रों में सिविल इंजीनियरिंग संरचनाओं के लिए सुदृढीकरण और मरम्मत सामग्री के रूप में उनके व्यापक अनुप्रयोग को जन्म दिया है। कार्बन फाइबर सामग्री में स्टील की तुलना में एक लोचदार मापांक होता है, जबकि सामान्य स्टील की तुलना में दस गुना अधिक तन्यता ताकत प्रदर्शित होती है। उनका संक्षारण प्रतिरोध और स्थायित्व भी उत्कृष्ट है। इसलिए, कंक्रीट संरचनाओं को मजबूत करने के लिए कार्बन फाइबर का उपयोग करते समय, फिक्सिंग के लिए किसी अतिरिक्त बोल्ट या रिवेट्स की आवश्यकता नहीं होती है। संक्षारण प्रतिरोध और स्थायित्व उत्कृष्ट है, मूल कंक्रीट संरचना में गड़बड़ी न्यूनतम है, और निर्माण प्रक्रिया सरल और सुविधाजनक है।

निष्कर्ष

संक्षेप में, कार्बन फाइबर के लिए विभिन्न सतह उपचार विधियों में से प्रत्येक की अपनी विशेषताएं हैं। गैर-ऑक्सीकरण विधियों में, वाष्प जमाव और प्लाज्मा विधियां अभी भी घरेलू और अंतरराष्ट्रीय स्तर पर प्रयोगशाला चरण में हैं और अभी तक औद्योगिक उत्पादन हासिल नहीं किया है; कपलिंग एजेंट कोटिंग और पॉलिमर कोटिंग विधियां नगण्य प्रभाव दिखाती हैं। ऑक्सीकरण विधियों में, तरल-चरण ऑक्सीकरण केवल बैच ऑपरेशन के लिए उपयुक्त है; गैस-चरण ऑक्सीकरण के लिए प्रतिक्रिया समय कार्बन फाइबर के प्रकार और ऑक्सीकरण की वांछित डिग्री पर निर्भर करता है; गैस-तरल दोहरे ऑक्सीकरण को नियंत्रित करना मुश्किल है। तुलनात्मक रूप से कहें तो इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण के सबसे अधिक फायदे हैं। यह न केवल कार्बन फाइबर की सतह की अस्थिरता और प्रतिक्रियाशीलता में काफी सुधार करता है बल्कि हल्के उपचार की स्थिति भी प्रदान करता है जिसे नियंत्रित करना आसान होता है। फाइबर सतह उपचार एक समान है, और विधि आसानी से कार्बन फाइबर उत्पादन लाइनों के साथ एकीकृत होती है, जो औद्योगिक कार्बन फाइबर उत्पादन में आवेदन के लिए व्यापक संभावनाएं प्रदान करती है।

सन्दर्भ:

  1. कियान शूइलिन. कार्बन फाइबर का अनुप्रयोग और बाजार मांग विश्लेषण [जे]। पेट्रोकेमिकल प्रौद्योगिकी और अर्थव्यवस्था, 2008, 24(1): 26-27।

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  3. ली जे, सु वाई एच। तेल-चिकनाई स्थिति के तहत कार्बन फाइबर-प्रबलित पीटीएफई समग्र के शब्दावली गुणों पर ऑक्सीकरण-उपचारित इंटरफ़ेस [जे]। सतह और इंटरफ़ेस विश्लेषण, 2009, 41(5): 333-337।

  4. लियू जे, तियान वाईएल, चेन वाईजे, लियांग जेवाई। (NH₄HCO₃)/(NH₄)₂C₂O₄·H₂O जलीय यौगिक घोल [जे] में इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण द्वारा संशोधित कार्बन फाइबर के इंटरफेशियल और यांत्रिक गुण। अनुप्रयुक्त भूतल विज्ञान, 2010, 256(21): 6199-6204।

  5. किंग्सले केसीएच, एडम एफएल, लामोरिनीरे एस, बिस्मार्क ए। कार्बन फाइबर का निरंतर वायुमंडलीय प्लाज्मा फ्लोरिनेशन [जे]। कंपोजिट भाग ए: अनुप्रयुक्त विज्ञान और विनिर्माण, 2008, 39(2): 364-373।

  6. मेलेनोमा टी, नाइतो के, यांग जेएम, क्योटो जे, सैकर डी, कागावा वाई। उच्च शक्ति वाले पैन-आधारित कार्बन फाइबर [जे] के तन्य गुणों पर अनुपालन पॉलीमाइड नैनोकोटिंग का प्रभाव। समग्र विज्ञान और प्रौद्योगिकी, 2009, 69(7-8): ... (जैसा कि प्रदान किया गया अधूरा संदर्भ)