Süsinikkiust modifitseeritud termoplastse vaigu komposiitide viis suunda.
Süsinikkiud on haruldane suure jõudlusega materjal ja selle uurimine algas üle sajandi tagasi. Tänaseks on süsinikkiu tehnoloogia ja tööstuse arendamine saanud toetust paljudest riikidest üle maailma. Süsinikkiud ise on pehme ja raskesti vormitav; Seetõttu võib selle modifitseerimine ja liitmine substraatidega, nagu plastid, vaigud, metallid ja keraamika, anda suurepärase üldise jõudluse ja stabiilsed struktuurid, mis vastavad tööstusliku kasutuse nõuetele.
Süsinikkiududega modifitseeritud vaigud on suhteliselt edukas komposiitmaterjali tüüp, kusjuures termoreaktiivsed süsinikkiust komposiidid on tänapäeval peamiseks valikuks. Kasutatavate vaikude hulka kuuluvad muu hulgas epoksüvaigud ja fenoolvaigud. Termoplastsete vaikude integreerimine süsinikkiuga on keeruline; üldine jõudlus on aga parem, mistõttu on see süsinikkiutööstuse edasise arengu jaoks oluline suund. Tööstustehnoloogia praegusel tasemel on süsinikkiuga modifitseeritud termoplastse vaigu komposiitide uurimisel tehtud olulisi edusamme. Juba on edukalt välja töötatud arvukalt suure jõudlusega pidevaid süsinikkiuga tugevdatud termoplastseid komposiite, nagu CF/PPS ja CF/PEEK ühesuunalised teibid, mida toodab Zhishang New Materials.
1.Süsinikkiuga modifitseeritud polüpropüleenvaigukomposiidid
Polüpropüleen (PP) on kõige laialdasemalt kasutatav polümeermaterjal sellistes valdkondades nagu autotööstus ja kodumasinad, mille aastane toodang Hiinas ületab 1 miljonit tonni. Polüpropüleenvaigu modifitseerimine süsinikkiuga võib oluliselt parandada komposiitmaterjali tugevust ja jäikust. Lisaks on süsinikkiu lisamisel märkimisväärne mõju PP materjalide voolavusele ja kristallilisusele.
Süsinikkiuga modifitseeritud PP-materjale töödeldakse tavaliselt sulasegamistehnikate abil, mis hõlmavad peamiselt kahte töötlemismeetodit: kahe kruviga ekstrusioon ja pikakiuline tugevdamine. Modifitseeritud materjalide omadusi mõjutavad sellised tegurid nagu lisatud süsinikkiu kogus, kiu pikkus, ühilduvusained ja kiudude pinnatöötlus.
Praegu on pikakiuga tugevdatud PP-komposiite laialdaselt kasutatud sellistes sektorites nagu autotööstus ja meretööstus. Kuid PP-maatriksi ja süsinikkiu halva ühilduvuse tõttu nõuab komposiitide kõrge mehaanilise jõudluse saavutamine süsinikkiu jaoks keerulisi pinnatöötlusprotsesse, mis suurendab oluliselt nii töötlemiskulusid kui ka raskusi.
2. Carbon Fiber modifitseeritud polüvinüülkloriidvaigu komposiidid
Polüvinüülkloriid (PVC) on Hiinas üks enim toodetud üldotstarbelisi vaike, mille peamised eelised on madal hind, head elektriisolatsiooni omadused, suurepärane keemiline vastupidavus ja lihtsad vormimisprotsessid. Kuid mõned omased puudused, nagu halb sitkus, madal löögitugevus ja termiline stabiilsus ning kehv töötlemisvõime, piiravad selle kasutamist rangete nõuetega valdkondades.
Süsinikkiust modifitseeritud PVC materjalid võivad tõhusalt suurendada PVC maatriksi tõmbetugevust, pinna kõvadust ja paindetugevust, muutes need sobivaks erinevate PVC lehtede ja torude tootmiseks.
Süsinikkiust filamentide ja PVC-maatriksi ühilduvus on parem, mille tulemuseks on oluliselt parem tõmbetugevus, paindetugevus ja löögitugevus võrreldes PVC-maatriksiga. PVC-maatriksi halva termilise stabiilsuse tõttu võivad töötlemismeetodid, nagu sulatuskastmine või segamine, kergesti viia maatriksi lagunemiseni. Seetõttu töödeldakse süsinikkiuga modifitseeritud PVC-materjale tavaliselt lamineerimistehnikate abil.
3. Süsinikkiust modifitseeritud polükarbonaatvaigu komposiidid
Polükarbonaat (PC) on laialdaselt kasutatav insenerplast, mis on tuntud oma suure löögitugevuse ja hea läbipaistvuse poolest. Kui süsinikkiud on kombineeritud PC-ga, võib see veelgi parandada PC erinevaid omadusi ja laiendada selle rakendusvaldkondi.
Uuringud on näidanud, et kui lisatud süsinikkiu kogus on alla 20%, paraneb oluliselt materjali tõmbetugevus, paindetugevus ja paindemoodul. Löögitugevus saavutab maksimumi, kui süsinikkiu sisaldus on umbes 6%. Kui süsinikkiu sisaldus on vahemikus 10% kuni 20%, võib materjali pinnatakistus ulatuda 8 × 10 ^ 9 Ω·cm, tagades suurepärased antistaatilised omadused.
Polükarbonaadi (PC) komposiit süsinikkiuga võib samuti anda polümeermaatriksile elektromagnetilisi varjestusomadusi; varjestuse efektiivsus ei ole aga kuigi kõrge. Standardsete elektromagnetiliste varjestusmaterjalide vajaliku varjestuse efektiivsuse saavutamiseks on vaja lisada muid kõrge juhtivusega metallkiude või -pulbreid. Süsinikkiud või metalliga kaetud süsinikkiud võivad koos metallipulbrite, grafeeni, juhtiva tahmaga jne mängida komposiitmaterjalis sildavat rolli, parandades seeläbi elektromagnetilise varjestuse jõudlust.
4. Carbon Fiber modifitseeritud polüamiidvaigu komposiidid
Polüamiid (PA) on suurepärane insenerplast, kuid selle kõrge kristallilisuse ja olulise niiskusimavuse tõttu on sellest materjalist valmistatud toodete mõõtmete stabiilsus halb ning selle tugevus ja kõvadus ei vasta metallide omale. Praktilistes rakendustes vajavad need materjalid sageli tugevdamist klaaskiu või süsinikkiuga.
Pärast süsinikkiuga tugevdamist ja modifitseerimist saab PA mehaanilisi omadusi oluliselt parandada. Modifitseeritud materjal võib olla nii konstruktsioonimaterjalina, mis talub koormusi, kui ka funktsionaalse materjalina. Praegu keskendub enamik süsinikkiuga modifitseeritud PA-ga seotud uuringuid süsinikkiudude pinna modifitseerimise mõjudele komposiitide liidesele ja jõudlusele.
Uuringud on näidanud, et süsinikkiu pinna oksüdatsioonitöötlus parandab süsinikkiu ja PA1010 vahelist sidumistugevust. Süsinikkiu mahuosa suurenedes komposiidi tõmbetugevus ja Rockwelli kõvadus alguses suurenevad ja seejärel vähenevad. Kui süsinikkiu mahuosa jõuab 20% -ni, saavutab materjali tõmbetugevus maksimaalse väärtuse. Lisaks väheneb materjali hõõrdetegur süsinikkiu mahuosa suurenedes, stabiliseerudes umbes 0,24 juures, kui süsinikkiu mahuosa jõuab 20% -ni.
5.Carbon Fiber Modified Special Engineering Plastic Composites
Spetsiaalsed insenerplastid viitavad plastidele, millel on suurem üldine jõudlus ja pikaajaline kasutustemperatuur üle 150 kraadi. Nende materjalide hulka kuuluvad peamiselt PEEK, PPS, TPI ja teised. Enamik spetsiaalseid tehnilisi plastmaterjale võib olla klaaskiu, süsinikkiu ja aramiidkiuga tugevdatud termoplastsete komposiitide maatriksmaterjalideks. Süsinikkiuga tugevdatud spetsiaalsetel tehnilistel plastidel on suurepärased mehaanilised omadused ja töötlemisvõime, mis võimaldab neil täielikult asendada termokõvenevad vaigud või isegi metallid sellistes rakendustes nagu kosmose-, mere- ja meditsiinivaldkonnad.
A. Süsinikkiuga tugevdatud polüeeter-eeterketoon (PEEK)on praegu kõrgeim temperatuurikindel termoplast, mille pikaajalise kasutustemperatuur on kuni 250 kraadi. Isegi temperatuuril kuni 300 kraadi säilitab see väga head mehaanilised omadused. Süsinikkiust modifitseeritud PEEK mitte ainult ei suurenda materjali tugevust ja jäikust, vaid annab ka juhtivuse ja kulumiskindluse omadused.
B. Termoplastne polüimiid (TPI)sellel on suurepärane termiline stabiilsus koos suurepärase löögikindluse, kiirguskindluse ja lahustikindlusega. Lisaks on seda tüüpi materjalil erakordne kulumiskindlus äärmuslikes keskkondades, mida iseloomustavad kõrged temperatuurid, erinevad rõhud ja suured kiirused. Süsinikkiudude tugevdamine võib nende materjalide jõudlust veelgi parandada ja laiendada nende kasutusala.
C. Polüfenüleensulfiid (PPS)on poolkristalliline termoplastne vaik, mis on tuntud oma suurepäraste mehaaniliste omaduste, keemilise vastupidavuse ja isekustumisomaduste poolest. Lisaks sobib seda tüüpi materjal hästi anorgaaniliste mineraalide ja orgaaniliste kiududega, mistõttu sobib see erinevate kõrge täiteainesisaldusega komposiitide valmistamiseks. Termoplastsetel süsinikkiust PPS komposiitidel on head mehaanilised omadused ja suurepärane lahustikindlus. PPS-i ja süsinikkiu vaheline sidumisvõime on samuti suurepärane; kõiki mehaanilisi omadusi mõjutab aga oluliselt süsinikkiust kanga mahuosa. Kui süsinikkiust kanga mahuosa on alla 50%, paranevad kõik komposiidi mehaanilised omadused oluliselt süsinikkiust kanga mahuosa suurenemisega.
Erinevat tüüpi termoplastilistel vaigudel on süsinikkiuga integreerituna erinev jõudlus, samuti on erinevusi valmistamisel ja järgneval töötlemisel. Ainult pideva katsetamise abil on võimalik leida optimaalsed lahendused, mis viivad kogu süsinikkiutööstuse järgmisse etappi. Praegu on tõestatud, et mitmed termoplastilised süsinikkiust komposiidid, nagu CF/PPS ja CF/PEEK, toimivad hästi jõudluse, tootmise ja ringlussevõtu osas, muutes need lühikese aja jooksul oluliseks põhjaliku uurimis- ja arendustegevuse valdkonnaks. Viimastel aastatel on Zhi Shang New Materials töötanud selle nimel, et paremini integreerida pidevaid süsinikkiude nende termoplastsete vaikudega, et luua stabiilsema füüsilise vormi ja paremate mehaaniliste omadustega ühesuunalisi teipe. Tehnoloogia arengu ja seadmete kohandamisega on loodud võimalus selliste toodete masstootmiseks.
