Termoplastne süsinikkiud on süsinikkiutööstuse edasise arengu oluline suund. Tänu oma kõrgetele mehaanilistele omadustele ja ümberkujundatavatele töötlemisomadustele võib see mängida suuremat rolli termoplastse süsinikkiust toodete töötlemisel ja taaskasutamisel. Termoplastne süsinikkiud sobib kõrgetasemeliste valdkondade jaoks, nagu lennundus ja lennundus. Sellel on parem vastupidavus kõrgele temperatuurile ja põhjalikumad rakendusstsenaariumid. Praeguses etapis pole palju termoplastilisi süsinikkiude liike, mida saab partiidena valmistada, sealhulgas CF/PEEK, CF/PPS, CF/PA jne.
Lennundus- ja muude tööstusharude tegelike kasutusvajaduste rahuldamiseks võib ülaltoodud komposiitmaterjale olla vaja teatud määral muuta, näiteks suurendada nende tugevust. Kui soovite suurendada termoplastsete komposiitide tugevust, võite alustada mitmest aspektist, näiteks lisada karastusaineid või lisada muid tugevdusi. Süsinikkiu pinna muutmiseks ja karmistamiseks võite kasutada ka füüsikalisi või keemilisi meetodeid. Samuti saate vormimisprotsessi parandada. Reguleerimine soodustab komposiitmaterjalide karastavat toimet.
1. Karastusaine segamine ja karastamine: komposiitmaterjalide modifitseerimisel on füüsikaline segamise modifitseerimine lihtsaim ja kõige sagedamini kasutatav modifitseerimismeetod. Termoplastiliste süsinikkiust komposiitide omadused on tihedalt seotud süsinikkiu ja termoplastse vaigu maatriksi vahelise liidese olekuga. Komposiitmaterjali sitkuse suurendamiseks võib lisada teatud karastusainet, mis parandab materjalide liidese sidumise efekti ja suurendab komposiitmaterjali sitkust.
Maleiinanhüdriid (MAH) võib reageerida polüamiidiga (PA), et see ühilduks. Neil kahel on hea ühilduvus. MAH ja PA hea ühilduvuse tõttu saab karastusaine kiiresti PA maatriksisse hajutada. Uuringud näitavad, et PA6/CF komposiitmaterjalide puhul võib karastusaine POE-g-MAH lisamine oluliselt parandada komposiitmaterjalide löögiomadusi. Löögitugevust suurendatakse 6,2 kJ/m2-lt 90kJ/m2-le ja karastav efekt on ilmne.
Puudused: mõistlik kogus karastusainet võib aidata parandada komposiitmaterjalide tugevust, kuid karastusaine sisalduse suurenemine võib põhjustada probleeme, nagu osakeste liigne suurus ja dispersiooniefekti vähenemine, mis mõjutab materjali muid mehaanilisi omadusi, mistõttu on vaja olema kontrollitud Sobiv tugevusainete lisamine.
2. Tugevdamise hübriidkarastamine: lisaks süsinikkiule ja termoplastilisele vaigule lisatakse termoplastsetele süsinikkiust komposiitmaterjalidele ka muid tugevdusmaterjale, nagu klaaskiud (GF), aramiidkiud (AF) ja süsinik-nanotorud, et parandada termoplastilist süsinikkiudu. Komposiitmaterjalide sitkus võib samuti saavutada karastava efekti.
Katsed näitavad, et PA66-le lisatakse CF, GF ja POE-g-MAH, et valmistada hübriidkiud/POE-g-MAH komposiittugevdatud PA66 materjale. Kui klaaskiu lisamise kogus on 15%, on karastusefekt parim, mis on parem kui CF. Ainuüksi täidise löögitugevus suurenes 34,02% ja paranemisefekt oli ilmne. CF/PET komposiitmaterjalide valmistamisel kaetakse sellesse modifitseerimiseks aramiidkiud. Komposiitmaterjali löögitugevus on oluliselt paranenud. Komposiitmaterjali löögitugevus suureneb ühe kattekihiga 65,8% ja kahe kattekihiga 45,6%. Karastav toime on oluliselt paranenud.
Mõned uuringud on leidnud, et kahe tugevdava materjali, CF ja halloysite nanotorude (HNT) eelised ühendati, et uurida HNT ja CF sünergilise karmistamise ja tugevdamise mõju PA6-le. Mehaaniliste omaduste testimise tulemused näitavad, et PA6/30%CF/10%HNT-de maksimaalne löögitugevus on 8,9kJ/m2, HNT-del on PA6/CF komposiitmaterjalidele karastav toime ning HNT-l ja CF-l on karastamisel sünergistlik toime.
3. Süsinikkiu pinnatöötlus: modifitseerimata süsinikkiud on habras, sellel on tugev pinnainertsus ja sellel puuduvad aktiivsed rühmad, mille tulemuseks on süsinikkiu ja termoplastse vaigu maatriksi halb ühilduvus ning see mõjutab liidese struktuuri ja jõudlust. Süsinikkiu pinnatöötlusega saab suurendada selle pinna keemilist aktiivsust, pinna vaba energiat või pinna karedust, mis võib aidata parandada süsinikkiu ja termoplastilise maatriksi vahelist märgumisastet, parandades seeläbi komposiitmaterjali üldist jõudlust, sealhulgas selle oma. sitkus. Süsinikkiu pinna töötlemiseks on palju viise, sealhulgas liimimisaine töötlemine, pinna füüsikaline muutmine ja pinna keemiline muutmine.
Komposiitmaterjalide liideseomadusi saab liimainete abil parandada nii füüsikaliste mõjude nagu infiltratsioon ja adhesioon kui ka keemiliste mõjude kaudu, kombineerides süsinikkiu pinnal suure hulga aktiivseid rühmi maatriksiga, et tekitada kovalentne. võlakirjad. Eksperimentaalsed andmed näitavad, et toormaterjalid, nagu adipiinhape, kondenseeritakse sulamismeetodil, et moodustada termoplastne kopolüamiid, millest valmistatakse PA6/CF komposiitmaterjali modifitseerimiseks liimaine (co-PA). Optimaalse 4% liimainesisalduse korral ulatub komposiitmaterjali liidese nihketugevus (IFSS) 37,6 MPa-ni, mis on 43,76% kõrgem kui suuruseta PA6/CF puhul.
Teised süsinikkiu pinna füüsikalised modifitseerimismeetodid hõlmavad ultraheli dispersiooni, pindaktiivse aine töötlemist ja elektrokeemilist sadestamist. Eksperimentaalsed andmed näitavad, et polüdiallüüldimetüülammooniumkloriidi (PDDA) kasutati grafeenoksiidi (P-SG) modifitseerimiseks ja segati ultraheliga töötlemiseks CF-ga, nii et P-SG kinnitati edukalt CF pinnale, et saada PA6 / C -SG komposiite. Järeldus on, et modifitseeritud komposiitmaterjalide löögitugevus suureneb oluliselt süsinikkiu sisalduse suurenemisega. Kui süsinikkiu sisaldus on 13%, on löögitugevus 36,52 kJ/m2 ja löögijõudlus suureneb 113,17%.
Süsinikkiu pinna keemiline modifitseerimine seisneb süsinikkiu asetamises lahuse keskkonda ja materjali pinna valikulise muutmises, et saada aktiivsemaid rühmi ja suurendada liidese sidumisjõudu; või kasutage pinna keemiliste omaduste kontrollimiseks CF-pinna kareduse parandamiseks muid lahusteid, mille hulgas on sideaine meetod üks sagedamini kasutatavaid keemilise modifitseerimise meetodeid. Katseandmed näitavad, et kui süsinikkiu pinda on PA6/CF komposiitmaterjalide valmistamiseks keemiliselt modifitseeritud silaani sideainega (KH550), näitavad sälkumata löögikatse tulemused, et kui modifitseeritud süsinikkiu sisaldus on 20%. PA6/CF sälkumata löögitugevus saavutab maksimaalse väärtuse (18,5±0,6) kJ/m2, mis on 52% kõrgem kui vastav töötlemata sisaldus.
4. Töötlemis- ja vormimisprotsessi juhtimine: Termoplastse süsinikkiust komposiitlehtede vormimine ja töötlemine ning materjalikomponentide ühendamise tehnoloogia on samuti olulised tegurid, mis mõjutavad materjali lõplikke omadusi. Reguleerides materjali vormimisprotsessi ajal vormimistemperatuuri, vormimisrõhku jne, saab kontrollida komposiitmaterjali liidese sidumise olukorda ja muuta liidese toimivust.
Mida kõrgem on vormimistemperatuur, seda madalam on vaigumaatriksi viskoossus, seda parem on voolavus, seda täielikum on süsinikkiu imbumine ja liidese kontaktpinna suurenemine. Seetõttu on sama prao pikenduspikkuse korral seda suurem on proovi rebenemiseks vajalik koormuse väärtus, st I Mida suurem on kihtidevaheline murdumiskindlus. Mis puudutab vormimisrõhku, siis kõrge rõhu all ei saa molekulaarse ahela liikumise takistamise tõttu vaiku ja maatriksisse paremini imbuda, mistõttu tuleb valida sobivad survevormimistingimused. Sobiv jahutuskiirus võib samuti parandada komposiitmaterjalide tugevust.
Lisaks on erinevatel vormimismeetoditel oluline mõju ka materjali lõppmehaanikale ja muudele omadustele. Eksperimentaalsed andmed näitavad, et võrreldi ABS/CF komposiitmaterjale, milles kasutati ekstrusiooni-/sissepritseprotsessi ja pikakiulist termoplasti (LFT)/pritsevormimisprotsessi, ning nende kahe protsessi mõju kiu pikkuse jaotusele, tõmbetugevusele, löökidele ja muudele materjali omadustele. võrreldi. Mõjutamine. Tulemused näitavad, et minimaalne CF pikkus ABS/L-CF komposiitide puhul on ligikaudu 3 korda suurem kui ABS/E-CF komposiitide maksimaalne kiu pikkus. ABS/L-CF löögitugevus on umbes 105–155% kõrgem kui ABS/ECF.
Termoplastiliste süsinikkiust komposiitide uurimine kodu- ja välismaal pole kunagi peatunud ning sitkuse suurendamine on vaid üks uurimissuundi. Uue tipptasemel komposiitmaterjalina on termoplastilisel süsinikkiul tohutu potentsiaal, kuid seda on sama raske muuta tööstuslikuks abiks. Termoplastse süsinikkiu omaduste täielikumaks ja küpsemaks rakendamiseks on hädavajalikud uuringud sellistes valdkondades nagu karastamine. Ainult siis, kui vundament on piisavalt tugev, saab süsinikkiutööstuse areng olla piisavalt tugev.