סיבי פחמן תרמופלסטיים הם כיוון חשוב להתפתחות העתידית של תעשיית סיבי הפחמן. בגלל התכונות המכניות הגבוהות שלו ומאפייני העיבוד הניתנים לעיצוב מחדש, הוא יכול למלא תפקיד גדול יותר בעיבוד ושימוש חוזר במוצרי סיבי פחמן תרמופלסטיים. סיבי פחמן תרמופלסטיים מתאימים לתחומים מתקדמים כגון תעופה וחלל ותעופה. יש לו עמידות טובה יותר בטמפרטורה גבוהה ותרחישי יישום מקיפים יותר. בשלב זה, אין הרבה סוגים של סיבי פחמן תרמופלסטיים שניתן להכין בקבוצות, כולל CF/PEEK, CF/PPS, CF/PA וכו'.
על מנת לענות על צורכי השימוש בפועל של תעופה וחלל ותעשיות אחרות, ייתכן שיהיה צורך לשנות את החומרים המרוכבים לעיל במידה מסוימת, כגון הגדלת הקשיחות שלהם. אם אתה רוצה להגביר את הקשיחות של חומרים מרוכבים תרמופלסטיים, אתה יכול להתחיל מהיבטים רבים, כגון הוספת חומרי התקשות או הוספת חיזוקים אחרים. אתה יכול גם להשתמש בשיטות פיזיקליות או כימיות כדי לשנות ולהקשיח את משטח סיבי הפחמן. אתה יכול גם לשפר את תהליך הדפוס. ההתאמה מקדמת את אפקט ההקשחה של חומרים מרוכבים.
1. מיזוג והתקשות של חומרי התקשות: בשינוי חומרים מרוכבים, שינוי מיזוג פיזי הוא שיטת השינוי הפשוטה והנפוצה ביותר. המאפיינים של חומרים מרוכבים סיבי פחמן תרמופלסטיים קשורים קשר הדוק למצב החיבור הממשק בין סיבי פחמן למטריצת שרף תרמופלסטית. על מנת להגביר את הקשיחות של החומר המרוכב, ניתן להוסיף חומר התקשות מסוים כדי לשפר את אפקט החיבור הממשק של החומרים ולשפר את הקשיחות של החומר המרוכב.
Maleic anhydride (MAH) יכול להגיב עם פוליאמיד (PA) כדי להתאים אותו. לשניים יש תאימות טובה. בשל התאימות הטובה של MAH ו-PA, ניתן לפזר במהירות את חומר ההקשחה לתוך מטריצת ה-PA. מחקרים מראים כי עבור חומרים מרוכבים PA6/CF, תוספת של חומר התקשות POE-g-MAH יכולה לשפר משמעותית את תכונות ההשפעה של החומרים המרוכבים. חוזק ההשפעה גדל מ-6.2kJ/m2 ל-9.0kJ/m2, ואפקט ההקשחה ברור.
חסרונות: כמות סבירה של חומר התקשות יכולה לעזור לשפר את הקשיחות של חומרים מרוכבים, אך עלייה בתכולת החומר המקשה עלולה להוביל לבעיות כמו גודל חלקיקים מוגזם והשפעת פיזור מופחתת, המשפיעה על תכונות מכניות אחרות של החומר, ולכן הוא צריך להיות מבוקר תוספת מתאימה של חומרי קשיח.
2. התקשות היברידית חיזוק: בנוסף לסיבי פחמן ושרף תרמופלסטי, חומרי חיזוק נוספים, כגון סיבי זכוכית (GF), סיבי ארמיד (AF) וננו-צינוריות פחמן, מתווספים לחומרים מרוכבים סיבי פחמן תרמופלסטיים כדי לשפר את סיבי הפחמן התרמופלסטיים הקשיחות של חומרים מרוכבים יכולה גם להשיג את אפקט ההקשחה.
ניסויים מראים ש-CF, GF ו-POE-g-MAH יתווספו ל-PA66 כדי להכין חומרים מרוכבים מחוזקים בסיבים היברידיים/POE-g-MAH PA66. כאשר כמות תוספת סיבי הזכוכית היא 15%, אפקט ההקשחה הוא הטוב ביותר, שהוא טוב יותר מ-CF חוזק ההשפעה של המילוי לבדו גדל ב-34.02%, והשפעת השיפור הייתה ברורה. בעת הכנת חומרים מרוכבים CF/PET, מצופים בו סיבי ארמיד לצורך שינוי. חוזק ההשפעה של החומר המרוכב משופר משמעותית. חוזק הפגיעה של החומר המרוכב גדל ב-65.8% עם שכבת ציפוי אחת ו-45.6% עם שתי שכבות ציפוי. אפקט ההקשחה השתפר משמעותית.
כמה מחקרים מצאו כי היתרונות של שני חומרים מחזקים, CF ו-haloysite nano tubes (HNTs), שולבו כדי לחקור את ההשפעה של התקשות וחיזוק סינרגטיים של HNTs ו-CF על PA6. תוצאות בדיקת מאפיינים מכניים מראות כי ל-PA6/30%CF/10%HNTs יש חוזק השפעה מקסימלי של 8.9kJ/m2, ל-HNTs יש השפעה מחזקת על חומרים מרוכבים PA6/CF, ול-HNTs ו-CF יש השפעה סינרגטית בהקשחה.
3. טיפול פני השטח של סיבי פחמן: סיבי פחמן ללא שינוי הם שבירים, בעלי אינרטיות פני השטח חזקה וחסרים קבוצות פעילות, וכתוצאה מכך תאימות לקויה בין סיבי הפחמן למטריצת השרף התרמופלסטית, ומבנה הממשק והביצועים מושפעים. על ידי טיפול פני השטח של סיבי פחמן, ניתן להגביר את הפעילות הכימית של פני השטח, האנרגיה החופשית של פני השטח או חספוס פני השטח, מה שיכול לעזור לשפר את מידת ההרטבה בין סיבי פחמן למטריצה התרמופלסטית, ובכך לשפר את הביצועים הכוללים של החומר המרוכב, כולל שלו. קשיחות. ישנן דרכים רבות לטפל בפני השטח של סיבי פחמן, כולל טיפול בחומר גודל, שינוי פיזי של פני השטח ושינוי כימי של פני השטח.
ניתן להשיג את השיפור של מאפייני הממשק של חומרים מרוכבים על ידי חומרי גודל באמצעות השפעות פיזיקליות כגון חדירות והידבקות, כמו גם השפעות כימיות באמצעות שילוב של מספר רב של קבוצות פעילות על פני סיבי הפחמן עם המטריצה לייצור קוולנטי קשרים. נתונים ניסיוניים מראים כי חומרי גלם כגון חומצה אדיפית מתעבים ליצירת קופוליאמיד תרמופלסטי, אשר מנוסח לחומר גודל (co-PA) כדי לשנות את החומר המרוכב PA6/CF. בתכולת חומרי המידה האופטימליים של 4%, חוזק הגזירה המשטחי (IFSS) של החומר המרוכב מגיע ל-37.6MPa, שהוא גבוה ב-43.76% מזה של PA6/CF ללא גודל.
שיטות שינוי פיזיות אחרות למשטח סיבי פחמן כוללות פיזור קולי, טיפול בחומרי שטח ותצהיר אלקטרוכימי. נתונים ניסיוניים מראים שפולידיאלדי-מתיל-אמוניום כלוריד (PDDA) שימש לשינוי תחמוצת גרפן (P-SG) ועורבב עם CF לטיפול קולי, כך ש-P-SG הוצמד בהצלחה למשטח ה-CF כדי להשיג חומרים מרוכבים PA6/C-SG. המסקנה היא שעוצמת ההשפעה של חומרים מרוכבים שהשתנו עולה משמעותית עם העלייה בתכולת סיבי הפחמן. כאשר תכולת סיבי הפחמן היא 13%, חוזק הפגיעה הוא 36.52kJ/m2, וביצועי הפגיעה גדלים ב-113.17%.
שינוי כימי של פני השטח של סיבי פחמן הוא להכניס סיבי פחמן לסביבת תמיסה ולשנות באופן סלקטיבי את פני החומר כדי לתת קבוצות פעילות יותר ולהגדיל את כוח הקשר הממשק; או השתמש בממיסים אחרים כדי לשפר את החספוס של משטח ה-CF כדי לשלוט במאפיינים הכימיים של פני השטח, ביניהם שיטת סוכן הצימוד היא אחת משיטות השינוי הכימי הנפוצות יותר. נתונים ניסיוניים מראים שכאשר פני השטח של סיבי פחמן עוברים שינוי כימי עם חומר צימוד סילאן (KH550) להכנת חומרים מרוכבים PA6/CF, תוצאות בדיקת ההשפעה הבלתי מחורצות מראות שכאשר תכולת סיבי הפחמן המשתנה היא 20%, חוזק הפגיעה הבלתי מחורץ של PA6/CF מגיע לערך המקסימלי (18.5±0.6) kJ/m2, שהוא גבוה ב-52% מהתוכן הבלתי מטופל המקביל.
4. בקרת תהליכי עיבוד ויציקה: הדפוס והעיבוד של יריעות מרוכבות סיבי פחמן תרמופלסטיים וטכנולוגיית חיבור רכיבי החומר הם גם גורמים חשובים המשפיעים על תכונות החומר הסופיות. על ידי שליטה בטמפרטורת היציקה, לחץ היציקה וכו' במהלך תהליך יציקת החומר, ניתן לשלוט במצב הדבקת הממשק של החומר המרוכב ולשנות את ביצועי הממשק.
ככל שטמפרטורת היציקה גבוהה יותר, כך צמיגות מטריצת השרף נמוכה יותר, כך נזילות טובה יותר, חדירת סיבי הפחמן מלאה יותר והגדלת שטח המגע של הממשק. לכן, תחת אותו אורך הארכת סדק, ככל שערך העומס הדרוש כדי שהדגימה תיקרע יהיה גדול יותר, כלומר, I. כך קשיחות השבר הבין-למינרית גבוהה יותר. לגבי לחץ היציקה, בלחץ גבוה, עקב חסימת תנועת השרשרת המולקולרית, לא ניתן להחדיר טוב יותר את השרף והמטריצה, ולכן יש לבחור תנאי יציקת לחץ מתאימים. קצב קירור מתאים יכול גם לשפר את הקשיחות של חומרים מרוכבים.
בנוסף, לשיטות יציקה שונות יש גם השפעה משמעותית על המכניקה הסופית ותכונות אחרות של החומר. נתוני ניסויים מראים כי הושוו חומרים מרוכבים ABS/CF המשתמשים בתהליך שחול/הזרקה ותהליך יציקת סיבים ארוכים (LFT)/הזרקה, וההשפעות של שני התהליכים על פיזור אורך הסיבים, מתיחה, השפעה ותכונות אחרות של החומר. הושוו. לְהַשְׁפִּיעַ. התוצאות מראות שאורך ה-CF המינימלי ברכיבים מרוכבים ABS/L-CF הוא בערך פי 3 מאורך הסיבים המרבי ברכיבים מרוכבים ABS/E-CF. חוזק ההשפעה של ABS/L-CF גבוה בכ-105%~155% מזה של ABS/ECF.
המחקר על חומרים מרוכבים של סיבי פחמן תרמופלסטיים בבית ובחו"ל מעולם לא פסק, והגברת הקשיחות היא רק אחד מכיווני המחקר. כחומר מרוכב חדש ומתקדם, לסיבי פחמן תרמופלסטיים יש פוטנציאל עצום, אך קשה באותה מידה להפוך אותו לסיוע תעשייתי. אם יש ליישם את המאפיינים של סיבי פחמן תרמופלסטיים בצורה שלמה ובוגרת יותר, מחקר בכיוונים כגון התקשות הוא הכרחי. רק אם הבסיס מוצק מספיק יכול הפיתוח של תעשיית סיבי הפחמן להיות מוצק מספיק.