Przygotowanie powierzchni włókien węglowych dla wytwarzania kompozytów o osnowie metalicznej

• Autorzy: Kozera R. , Bieliński J. , Broda A. , Bielińska A. , Boczkowska A. , Kurzydłowski K. J.

Warianty tytułu

EN

Pre-treatment of carbon fibres for fabrication of metal matrix composites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono badania nad procesem przygotowywania powierzchni włókien węglowych przeznaczonych do wytwarzania kompozytów o osnowie ze stopów Al. Pierwszym etapem było usuwanie fabrycznej powłoki epoksydowej (tzw. sizingu) z powierzchni włókien. Usunięcie sizingu pozwala na uzyskanie lepszej adhezji powłok Ni-P do powierzchni włókien oraz ogranicza ryzyko powstawania podczas grzania włókien gazów gromadzących się pod powłoką, które mogą powodować od-pryskiwanie powłok. W pracy sprawdzono skuteczność różnych metod przygotowania powierzchni włókien węglowych Tenax HTA40 przed metalizacją Ni-P, jak wygrzewanie w atmosferze powietrza (300-600°C), działanie rozpuszczalników (aceton, toluen) oraz roztworów HNO3, H2O2, NaOH wraz z końcową aktywacją SnCl2/PdCl2. Scharakteryzowano morfologię powierzchni włókien za pomocą SEM przed i po procesach usuwania sizingu oraz zbadano ubytki mas. Zastosowany do metalizacji roztwór glicyny pozwala na metalizację podłoży w szerokim zakresie szybkości osadzania i składu warstw (2-12% wag. P). Uzyskane wyniki były podstawą do optymalizacji procesu osadzania warstw Ni-P na powierzchni włókien.

EN

In this work the results of the studies on pre-treatment of carbon fibres (Tenax HTA40) for composites with alumina alloy matrix are presented. The pre-treatment consisted in the replacement of epoxy sizing with Ni-P coating as a barrier to prevent formation of Al4C3. In the first step of the developed process, removal of the epoxy sizing was carried out, to assure adhesion of Ni-P coatings to carbon fibres. Removal of the sizing also decreases the risk of gas formation underneath of metal coatings in contact with liquid metal matrix. Methods of sizing removal included annealing in air (300-600°C), dissolving in solvents (acetone, toluene) and in inorganic solutions (HNO3, H2O2, NaOH), followed by SnCl2/PdCl2 activation. Parameters of annealing in air must be carefully control to avoid surface damages e.g. micro cracks and decrease of fibres tensile strength. It was found that annealing in 400°C in 1 h leeds to micro cracks creating on the surface of annealed fibers also some peaces of the epoxy sizing was observed. Technical data of fibres used at present work indicates that consist of the epoxy sizing is between 1.3-1.5 wt. %. Small amount of the epoxy sizing making almost impossible to use standard methods of test thickness of epoxy coating before and after annealing treatmens. Morphology of carbon fibres surface before and after sizing removal was characterised using SEM technique and in terms of the mass loss. Mass loss of the samples after 24 h treatments in chemical solutions didn't exceed 1% what indicates not succesfully sizing removal by chemical methods. Etching 96 h in aceton wasn't sufficient too. A glycine buffered bath was used for metal coating with a wide range of deposition rates and coating compositions (2-12 wt. % P). Two different pH of metallization bath were chosen (pH = 4.5 and pH = 8.5), time of Ni-P deposition was ranged from 5 to 30 minutes. The obtained results were used for optimization of deposition parameters of Ni-P coatings on carbon fibres and 2D and 3D woven fabrics. Modifies of treatments between following stages of metalization presented in this work allowed to increase time of 2D and 3D woven fabrics deposition to few hours.

Słowa kluczowe

PL

sizing; usuwanie; osadzanie bezprądowe; Ni-P; metalizacja; włókno węglowe

EN

sizing; removal; electroless Ni-P deposition; activation; carbon surface; metallization; carbon fiber

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 9, nr 1
• Strony: 78--83
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kozera R.

autor

Bieliński J.

autor

Broda A.

autor

Bielińska A.

autor

Boczkowska A.

autor

Kurzydłowski K. J.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa,

Bibliografia

• [1] Metcalfe A.G., Academic Press, New York and London 1974.
• [2] Aggour E., Fitzer L., Heym M., Ignatowitz E., Thin Solid Films 1977, 40, 97.
• [3] Morgan P., Carbon fibers and their composites, CRC Press, Boca Raton 2005, 629-656.
• [4] Bieliński J., Bielińska A., Inżynieria Powierzchni 2005, 10(4), 10-19.
• [5] Donnet J.B., Wang T.K., Peng J.C.M., Rebouillat S., Carbon Fibers, Marcel Dekker Inc. New York 1998, 161.
• [6] Szalkauskas M., Vaszkjalis A., Chimiczeskaja mietallizacija plastmass, Chimija, Leningrad 1985.
• [7] Bieliński J., Broda A., Bielińska A., Boczkowska A., Kompozyty (Composites) 2008, 8(4), 332-337.
• [8] Huang C.Y., Pai J.F., Eur. Polym. J., 1998, 34(2), 261.
• [9] Tzeng S.S., Chang F.Y., Mat. Sci. Eng. A, 2001, 302(2), 258.
• [10] Park S.-J., Jang Y.-S., Rhee K.Y., J. Colloid Interface Sci. 2002, 245, 383.
• [11] Park S.-J., Jang Y.-S., J. Colloid Interface Sci. 2003, 263, 170.
• [12] Huang C.Y., Mo W.W., Roan M.L., Surf. Coat. Technol. 2004, 184, 123.
• [13] Abraham S., Pai B.C., Satyanarayana K.G., Vaidyan V.K., J. Mater. Sci. 1990, 25, 2839.
• [14] Cheng H.M., Zhou B.L, Zheng Z.G., Wang Z.M., Shi C.X., Plating Surf. Finish. 1990, 77(5), 130.
• [15] Hall I.W., Manrique F., Scripta Metallurg. Mater. 1995, 33(12), 2037.
• [16] Shi Z. i in., Appl. Surf. Sci. 1999, 140, 106.
• [17] Jahazi M. i in., Composites Science and Technology 1999, 59, 1969.
• [18] Sharma S.B., Agarwala R.C., Agarwala V., Satyanarayana K.G., J. Mat. Sci. 2002, 37(24), 5247.
• [19] Urena A., Rams J., Escalera M.D., Sanchez M., Comp. Sci. Technol. 2005, 65, 2025.
• [20] Rams J., Urena A., Escalera M.D., Sanchez M., Composites: Part A, 2007, 38, 566.
• [21] Jang J., Yang H., J. Mat. Sci. 2006, 35, 2297.
• [22] Tzeng S.S., Chang F.Y., Thin Solid Films 2001, 388(1-2), 143.
• [23] Tzeng S.S., Carbon 2006, 44, 1986.
• [24] Zhang F., He D., Ge S., Cai Q., Surf. Coat. Technol. 2008, 203, 99.
• [25] Zhou H., Yu Q., Peng Q., Wang H., Chen J., Kuang Y., Mat. Chem. Phys. 2008, 110(2-3), 434.
• [26] Lee J.S., T.J, Carbon 1997, 35(2), 209.
• [27] Gawad O.A. i in., Surf. Coat. Technol. 2006, 201, 1357.
• [28] Desmear; www.pwbrc.org/bmr/desmear.htm
• [29] Roizard X. i in., Composite Structures 2002, 56, 223.
• [30] Europejski Projekt badawczy „3D reinforced aluminium matrix composites for complex loading situations in light-weight automobile and machine parts” („Kompozyty o osnowie aluminiowej ze wzmocnieniem tekstylnym typu 3D (3D-CF/Al-MMC) dla elementów podlegających złożonym obciążeniom w przemyśle samochodowym i w budowie maszyn”); koordynator - Wydział Inżynierii Materiałowej PW.
• [31] Materiały informacyjne firmy Toho Tenax Europe GmbH; WWW.tohotenax-eu.com