ИСТИНА

Углеродные волокна (УВ) в последние десятилетия являются материалами, которые нашли широкое применение в космической отрасли, авиастроении, энергетике, автомобилестроении, производстве спортинвентаря, медицине, строительстве и т.д. Композиционные материалы (КМ) на основе углеродных волокон широко используются в авиакосмической промышленности в качестве конструкционных материалов. В настоящее время в промышленном производстве в зависимости от целей и задач, связанных с конкретными условиями применения УВ, разработаны процессы модификации поверхности волокон для ее активации. Для повышения прочности углепластика более перспективным является электрохимический метод обработки (ЭХО) волокон, в процессе которого происходит деструкция и развитие поверхности волокна, вследствие неравномерного окисления углерода по поверхности. Кроме того, на поверхности УВ могут формироваться функциональные группы (-СООН; -ОН; -СОН и др.), способные образовывать химические связи с полимерным связующим. Электрохимический способ обработки экономически эффективнее, стабильнее, проще в реализации, что и обусловило его практическое применение. Однако в литературе приводятся только сведения общего характера, отсутствуют закономерности процесса, например, такие как зависимости прочностных характеристик КМ от параметров электрохимической обработки УВ и составов растворов. Целью настоящей работы является комплексное изучение влияния электрохимической обработки на структуру и свойства углеродного волокна. В качестве объектов исследования были выбраны неаппретированные углеродные волокна фирмы UMATEX Group с различными режимами электрохимической обработки. Силу тока варьировали в диапазоне от 100 до 1250 мА. Концентрацию гидрокарбоната аммония (NH4HCO3) в водном растворе электролита изменяли от 1,5 до 5 масс.%. Исследование морфологии и элементного состава поверхности волокон проводили методом сканирующей электронной микроскопии (Jeol JSM U-3, Япония) оборудованном рентгеноспектральным микроанализатором с дисперсией по энергиям (Eumex, Германия). Установлено, что в зависимости от концентрации гидрокарбоната аммония и силы тока, на поверхности волокна меняется концентрация кислородсодержащие функциональные групп. Концентрация кислорода колеблется в интервале 3 % масс. Исследование физико-механических свойств УВ (прочность и модуль упругости при растяжении) проводили на разрывной машине (Zwick/Roell Z010, Германия). Хорошую статистику полученных результатов обеспечивали 15 образцов для каждого режима ЭХО. Получены деформационно-прочностные кривые, на основании которых построены концентрационные и токовые зависимости предела прочности и модуля упругости обработанных УВ. Установлены концентрация гидрокарбоната аммония и сила тока ЭХО, обеспечивающие максимальные значения физико-механических свойств. Таким образом, ЭХО приводит к активации поверхности, за счет увеличения концентрации кислородсодержащих групп, что должно повлиять на рост полярной составляющей поверхностной энергии и способствовать улучшению адгезионных характеристик на межфазной границе волокно-связующее. Установлены оптимальные параметры технологического процесса ЭХО, позволяющие увеличить значение предела прочности и модуля упругости углеродного волокна.