Termoplastinen hiilikuitu on tärkeä suunta hiilikuituteollisuuden tulevalle kehitykselle. Korkeiden mekaanisten ominaisuuksiensa ja uudelleen muotoiltavien käsittelyominaisuuksiensa ansiosta sillä voi olla suurempi rooli termoplastisten hiilikuitutuotteiden käsittelyssä ja uudelleenkäytössä. Termoplastinen hiilikuitu soveltuu huippuluokan aloille, kuten ilmailu- ja ilmailualalle. Sillä on parempi korkean lämpötilan kestävyys ja kattavammat sovellusskenaariot. Tässä vaiheessa ei ole olemassa monia erityyppisiä termoplastisia hiilikuituja, joita voidaan valmistaa erissä, mukaan lukien CF/PEEK, CF/PPS, CF/PA jne.
Ilmailu- ja muiden teollisuudenalojen todellisten käyttötarpeiden täyttämiseksi yllä olevia komposiittimateriaaleja on ehkä muutettava jossain määrin, esimerkiksi lisäämällä niiden sitkeyttä. Jos haluat lisätä kestomuovikomposiittien sitkeyttä, voit aloittaa monista näkökohdista, kuten lisäämällä karkaisuaineita tai lisäämällä muita vahvistuksia. Voit myös käyttää fysikaalisia tai kemiallisia menetelmiä hiilikuitupinnan muokkaamiseen ja karkaisuun. Voit myös parantaa muovausprosessia. Säätö edistää komposiittimateriaalien sitkeysvaikutusta.
1. Karkaisuaineen sekoitus ja karkaisu: Komposiittimateriaalien modifioinnissa fyysinen sekoitusmuunnos on yksinkertaisin ja yleisimmin käytetty muunnosmenetelmä. Termoplastisten hiilikuitukomposiittien ominaisuudet liittyvät läheisesti hiilikuidun ja kestomuovihartsimatriisin väliseen rajapinnan sidostilaan. Komposiittimateriaalin sitkeyden lisäämiseksi voidaan lisätä tiettyä sitkeytysainetta materiaalien rajapinnan sidosvaikutuksen parantamiseksi ja komposiittimateriaalin sitkeyden lisäämiseksi.
Maleiinihappoanhydridi (MAH) voi reagoida polyamidin (PA) kanssa tehdäkseen sen yhteensopivaksi. Näillä kahdella on hyvä yhteensopivuus. MAH:n ja PA:n hyvän yhteensopivuuden ansiosta karkaisuaine voidaan nopeasti levittää PA-matriisiin. Tutkimukset osoittavat, että PA6/CF-komposiittimateriaalien kohdalla POE-g-MAH-kovetusaineen lisääminen voi parantaa merkittävästi komposiittimateriaalien iskuominaisuuksia. Iskusilujuutta kasvatetaan 6,2 kJ/m2:stä 9.{5}}kJ/m2:iin, ja sitkeysvaikutus on ilmeinen.
Haitat: Kohtuullinen määrä sitkeytysainetta voi auttaa parantamaan komposiittimateriaalien sitkeyttä, mutta kovetinpitoisuuden lisääntyminen voi johtaa ongelmiin, kuten liialliseen hiukkaskokoon ja heikentyneeseen dispersiovaikutukseen, mikä vaikuttaa materiaalin muihin mekaanisiin ominaisuuksiin, joten sen täytyy olla hallittavissa Sopiva lisäys sitkeyttämiseen.
2. Vahvikehybridikarkistus: Hiilikuidun ja kestomuovihartsin lisäksi muita lujitemateriaaleja, kuten lasikuitua (GF), aramidikuitua (AF) ja hiilinanoputkia, lisätään termoplastisiin hiilikuitukomposiittimateriaaleihin parantamaan termoplastista hiilikuitua Myös komposiittimateriaalien sitkeys voi saavuttaa sitkeysvaikutuksen.
Kokeet osoittavat, että CF, GF ja POE-g-MAH lisätään PA66:een hybridikuitu/POE-g-MAH-komposiittivahvisteisten PA66-materiaalien valmistamiseksi. Kun lasikuitulisäysmäärä on 15 %, sitkeytysvaikutus on paras, mikä on parempi kuin CF. Pelkästään täytteen iskulujuus kasvoi 34,02 % ja parannusvaikutus oli ilmeinen. CF/PET-komposiittimateriaaleja valmistettaessa siihen pinnoitetaan aramidikuitu modifiointia varten. Komposiittimateriaalin iskulujuus paranee merkittävästi. Komposiittimateriaalin iskulujuus kasvaa 65,8 % yhdellä pinnoitekerroksella ja 45,6 % kahdella pinnoitekerroksella. Kiinteyttävä vaikutus paranee huomattavasti.
Joissakin tutkimuksissa on havaittu, että kahden lujitemateriaalin, CF:n ja halloysitenanoputkien (HNT) edut yhdistettiin tutkimaan synergistisen HNT:n ja CF:n lujittamisen vaikutusta PA6:een. Mekaanisten ominaisuuksien testitulokset osoittavat, että PA6/30%CF/10%HNT:n suurin iskulujuus on 8,9kJ/m2, HNT:illä on PA6/CF-komposiittimateriaaleja sitkeävä vaikutus ja HNT:llä ja CF:llä on synergistinen vaikutus karkaisussa.
3. Hiilikuitupintakäsittely: Muokkaamaton hiilikuitu on hauras, sillä on vahva pinnan inertisyys ja siitä puuttuu aktiivisia ryhmiä, mikä johtaa huonoon yhteensopivuuteen hiilikuidun ja kestomuovihartsimatriisin välillä ja vaikuttaa rajapinnan rakenteeseen ja suorituskykyyn. Hiilikuidun pintakäsittelyllä voidaan lisätä sen pinnan kemiallista aktiivisuutta, pinnan vapaata energiaa tai pinnan karheutta, mikä voi auttaa parantamaan hiilikuidun ja termoplastisen matriisin välistä kostutusastetta, mikä parantaa komposiittimateriaalin yleistä suorituskykyä, mukaan lukien sen oma. sitkeys. Hiilikuidun pinnan käsittelyyn on monia tapoja, mukaan lukien liimakäsittely, pinnan fysikaalinen modifiointi ja pinnan kemiallinen modifiointi.
Komposiittimateriaalien rajapintaominaisuuksien parantaminen liima-aineilla voidaan saavuttaa fysikaalisilla vaikutuksilla, kuten tunkeutumalla ja tarttumalla, sekä kemiallisilla vaikutuksilla yhdistämällä suuri määrä aktiivisia ryhmiä hiilikuidun pinnalla matriisin kanssa kovalentin tuottamiseksi. joukkovelkakirjat. Kokeelliset tiedot osoittavat, että raaka-aineet, kuten adipiinihappo, sulatekondensoidaan termoplastisen kopolyamidin muodostamiseksi, joka formuloidaan liima-aineeksi (co-PA) PA6/CF-komposiittimateriaalin modifioimiseksi. Optimaalisella 4 % liimausainepitoisuudella komposiittimateriaalin rajapinnan leikkauslujuus (IFSS) saavuttaa 37,6 MPa:n, mikä on 43,76 % korkeampi kuin liimaamattoman PA6/CF:n.
Muita hiilikuitupinnan fysikaalisia modifiointimenetelmiä ovat ultraäänidispersio, pinta-aktiivinen käsittely ja sähkökemiallinen pinnoitus. Kokeelliset tiedot osoittavat, että polydiallyylidimetyyliammoniumkloridia (PDDA) käytettiin modifioimaan grafeenioksidia (P-SG) ja se sekoitettiin CF:n kanssa ultraäänikäsittelyä varten, joten P-SG kiinnitettiin onnistuneesti CF-pintaan PA6/C-SG-komposiittien saamiseksi. Johtopäätös on, että modifioitujen komposiittimateriaalien iskulujuus kasvaa merkittävästi hiilikuitupitoisuuden kasvaessa. Kun hiilikuitupitoisuus on 13 %, iskulujuus on 36,52 kJ/m2 ja iskunkestävyys kasvaa 113,17 %.
Hiilikuitupinnan kemiallinen modifiointi on laittaa hiilikuitu liuosympäristöön ja muokata materiaalin pintaa valikoivasti, jotta saadaan enemmän aktiivisia ryhmiä ja lisätään rajapinnan sidosvoimaa; tai käyttää muita liuottimia CF-pinnan karheuden parantamiseen pinnan kemiallisten ominaisuuksien säätelemiseksi, joista kytkentäainemenetelmä on yksi yleisimmin käytetyistä kemiallisista modifiointimenetelmistä. Kokeelliset tiedot osoittavat, että kun hiilikuidun pintaa modifioidaan kemiallisesti silaaniliitosaineella (KH550) PA6/CF-komposiittimateriaalien valmistamiseksi, lyömättömät iskutestitulokset osoittavat, että kun modifioitu hiilikuitupitoisuus on 20 %. PA6/CF:n loistamaton iskulujuus saavuttaa maksimiarvon (18,5±0,6) kJ/m2, mikä on 52 % korkeampi kuin vastaava käsittelemätön pitoisuus.
4. Käsittely ja muovausprosessin ohjaus: Termoplastisten hiilikuitukomposiittilevyjen muovaus ja käsittely sekä materiaalikomponenttien liitostekniikka ovat myös tärkeitä materiaalin lopullisiin ominaisuuksiin vaikuttavia tekijöitä. Ohjaamalla valulämpötilaa, muovauspainetta jne. materiaalin muovausprosessin aikana, komposiittimateriaalin rajapintaliitostilannetta voidaan ohjata ja rajapinnan suorituskykyä voidaan muuttaa.
Mitä korkeampi muovauslämpötila, sitä pienempi on hartsimatriisin viskositeetti, sitä parempi juoksevuus, sitä täydellisempi hiilikuidun tunkeutuminen ja rajapinnan kosketuspinta-alan kasvu. Siksi samalla halkeaman pituudella, mitä suurempi kuormitusarvo vaaditaan näytteen repeytymiseen, eli I Mitä suurempi on kerrosten välinen murtolujuus. Mitä tulee muovauspaineeseen, korkeassa paineessa, molekyyliketjun liikkeen eston vuoksi, hartsia ja matriisia ei voida tunkeutua paremmin, joten sopivat painemuovausolosuhteet on valittava. Sopiva jäähdytysnopeus voi myös parantaa komposiittimateriaalien sitkeyttä.
Lisäksi erilaisilla muovausmenetelmillä on myös merkittävä vaikutus materiaalin lopulliseen mekaniikkaan ja muihin ominaisuuksiin. Kokeelliset tiedot osoittavat, että ABS/CF-komposiittimateriaaleja, joissa käytettiin suulakepuristus-/ruiskutusprosessia ja pitkäkuituinen termoplastinen (LFT)/ruiskupuristusprosessi, verrattiin ja näiden kahden prosessin vaikutuksia kuidun pituusjakaumaan, vetolujuuteen, iskuihin ja muihin materiaalin ominaisuuksiin. verrattiin. Vaikutus. Tulokset osoittavat, että CF-vähimmäispituus ABS/L-CF-komposiiteissa on noin 3 kertaa ABS/E-CF-komposiiteissa olevien kuitujen enimmäispituus. ABS/L-CF:n iskulujuus on noin 105–155 % suurempi kuin ABS/ECF:n.
Termoplastisten hiilikuitukomposiittien tutkimus kotimaassa ja ulkomailla ei ole koskaan pysähtynyt, ja sitkeyden lisääminen on vain yksi tutkimussuunnista. Uuden huippuluokan komposiittimateriaalina termoplastisella hiilikuidulla on valtava potentiaali, mutta sen muuntaminen teollisuuden avuksi on yhtä vaikeaa. Mikäli termoplastisen hiilikuidun ominaisuuksia halutaan ottaa käyttöön entistä täydellisemmin ja kypsemmällä tavalla, tutkimus esimerkiksi karkaisuun on välttämätöntä. Hiilikuituteollisuuden kehitys voi olla riittävän vahvaa vain, jos perusta on riittävän vankka.