Gentian karbon termoplastik adalah hala tuju penting untuk pembangunan masa depan industri gentian karbon. Kerana sifat mekanikalnya yang tinggi dan ciri pemprosesan yang boleh dibentuk semula, ia boleh memainkan peranan yang lebih besar dalam pemprosesan dan penggunaan semula produk gentian karbon termoplastik. Gentian karbon termoplastik sesuai untuk bidang mewah seperti aeroangkasa dan penerbangan. Ia mempunyai rintangan suhu tinggi yang lebih baik dan senario aplikasi yang lebih komprehensif. Pada peringkat ini, tidak banyak jenis gentian karbon termoplastik yang boleh disediakan secara berkelompok, termasuk CF/PEEK, CF/PPS, CF/PA, dsb.
Untuk memenuhi keperluan penggunaan sebenar aeroangkasa dan industri lain, bahan komposit di atas mungkin perlu diubah suai pada tahap tertentu, seperti meningkatkan keliatannya. Jika anda ingin meningkatkan keliatan komposit termoplastik, anda boleh bermula dari banyak aspek, seperti menambah agen pengeras atau menambah tetulang lain. Anda juga boleh menggunakan kaedah fizikal atau kimia untuk mengubah suai dan menguatkan permukaan gentian karbon. Anda juga boleh menambah baik proses pengacuan. Pelarasan itu menggalakkan kesan kekerasan bahan komposit.
1. Pengadunan dan pengetatan ejen peneguh: Dalam pengubahsuaian bahan komposit, pengubahsuaian adunan fizikal ialah kaedah pengubahsuaian yang paling mudah dan paling biasa digunakan. Sifat komposit gentian karbon termoplastik berkait rapat dengan keadaan ikatan antara muka antara gentian karbon dan matriks resin termoplastik. Untuk meningkatkan keliatan bahan komposit, agen pengeras tertentu boleh ditambah untuk meningkatkan kesan ikatan antara muka bahan dan meningkatkan keliatan bahan komposit.
Maleik anhidrida (MAH) boleh bertindak balas dengan poliamida (PA) untuk menyerasikannya. Kedua-duanya mempunyai keserasian yang baik. Disebabkan keserasian MAH dan PA yang baik, agen pengeras boleh disebarkan dengan cepat ke dalam matriks PA. Penyelidikan menunjukkan bahawa untuk bahan komposit PA6/CF, penambahan agen pengeras POE‑g‑MAH boleh meningkatkan sifat impak bahan komposit dengan ketara. Kekuatan hentaman ditingkatkan daripada 6.2kJ/m2 kepada 9.0kJ/m2, dan kesan peneguhannya jelas.
Kelemahan: Jumlah agen pengeras yang munasabah boleh membantu meningkatkan keliatan bahan komposit, tetapi peningkatan dalam kandungan agen pengeras boleh membawa kepada masalah seperti saiz zarah yang berlebihan dan kesan serakan yang berkurangan, menjejaskan sifat mekanikal bahan yang lain, jadi ia perlu terkawal Penambahan pengeras yang sesuai.
2. Pengukuhan hibrid tetulang: Sebagai tambahan kepada gentian karbon dan resin termoplastik, bahan tetulang lain, seperti gentian kaca (GF), gentian aramid (AF) dan tiub nano karbon, ditambah kepada bahan komposit gentian karbon termoplastik untuk memperbaiki gentian karbon termoplastik. Keliatan bahan komposit juga boleh mencapai kesan kekerasan.
Eksperimen menunjukkan bahawa CF, GF dan POE‑g‑MAH akan ditambahkan pada PA66 untuk menyediakan bahan PA66 bertetulang gentian hibrid/POE‑g‑MAH. Apabila jumlah penambahan gentian kaca ialah 15%, kesan peneguhan adalah yang terbaik, yang lebih baik daripada CF Kekuatan impak pengisian sahaja meningkat sebanyak 34.02%, dan kesan penambahbaikan adalah jelas. Apabila menyediakan bahan komposit CF/PET, gentian aramid disalut di dalamnya untuk pengubahsuaian. Kekuatan impak bahan komposit bertambah baik dengan ketara. Kekuatan hentaman bahan komposit meningkat sebanyak 65.8% dengan satu lapisan salutan dan 45.6% dengan dua lapisan salutan. Kesan mengeras bertambah baik dengan ketara.
Beberapa kajian mendapati bahawa kelebihan dua bahan penguat, CF dan tiub nano halloysit (HNTs), digabungkan untuk mengkaji kesan peneguhan sinergistik dan peneguhan HNT dan CF pada PA6. Keputusan ujian sifat mekanikal menunjukkan bahawa PA6/30%CF/10%HNTs mempunyai kekuatan hentaman maksimum 8.9kJ/m2, HNTs mempunyai kesan mengeras pada bahan komposit PA6/CF, dan HNT dan CF mempunyai kesan sinergistik dalam mengeras.
3. Rawatan permukaan gentian karbon: Gentian karbon yang tidak diubah suai adalah rapuh, mempunyai lengai permukaan yang kuat, dan kekurangan kumpulan aktif, mengakibatkan keserasian yang lemah antara gentian karbon dan matriks resin termoplastik, dan struktur antara muka dan prestasi terjejas. Dengan rawatan permukaan gentian karbon, aktiviti kimia permukaannya, tenaga bebas permukaan atau kekasaran permukaan boleh ditingkatkan, yang boleh membantu meningkatkan tahap pembasahan antara gentian karbon dan matriks termoplastik, dengan itu meningkatkan prestasi keseluruhan bahan komposit, termasuk bahan kompositnya sendiri. kekuatan. Terdapat banyak cara untuk merawat permukaan gentian karbon, termasuk rawatan agen saiz, pengubahsuaian fizikal permukaan dan pengubahsuaian kimia permukaan.
Penambahbaikan sifat antara muka bahan komposit oleh agen saiz boleh dicapai melalui kesan fizikal seperti penyusupan dan lekatan, serta kesan kimia melalui gabungan sejumlah besar kumpulan aktif pada permukaan gentian karbon dengan matriks untuk menghasilkan kovalen. bon. Data eksperimen menunjukkan bahawa bahan mentah seperti asid adipik dicairkan-terpeluwap untuk membentuk kopoliamida termoplastik, yang dirumuskan menjadi agen saiz (ko-PA) untuk mengubah suai bahan komposit PA6/CF. Pada kandungan agen saiz optimum sebanyak 4%, kekuatan ricih antara muka (IFSS) bahan komposit mencapai 37.6MPa, iaitu 43.76% lebih tinggi daripada PA6/CF yang tidak bersaiz.
Kaedah pengubahsuaian fizikal lain untuk permukaan gentian karbon termasuk penyebaran ultrasonik, rawatan surfaktan dan pemendapan elektrokimia. Data eksperimen menunjukkan bahawa polydiallyldimethylammonium chloride (PDDA) digunakan untuk mengubah suai graphene oxide (P‑SG) dan dicampur dengan CF untuk rawatan ultrasonik, supaya P‑SG berjaya dilekatkan pada permukaan CF untuk mendapatkan komposit PA6/C ‑SG. Kesimpulannya ialah kekuatan impak bahan komposit yang diubah suai meningkat dengan ketara dengan peningkatan kandungan gentian karbon. Apabila kandungan gentian karbon ialah 13%, kekuatan hentaman ialah 36.52kJ/m2, dan prestasi hentaman meningkat sebanyak 113.17%.
Pengubahsuaian kimia permukaan gentian karbon adalah untuk meletakkan gentian karbon ke dalam persekitaran penyelesaian dan secara terpilih mengubah suai permukaan bahan untuk memberikan kumpulan yang lebih aktif dan meningkatkan daya ikatan antara muka; atau gunakan pelarut lain untuk meningkatkan kekasaran permukaan CF untuk mengawal sifat kimia permukaan, antaranya kaedah ejen gandingan adalah salah satu kaedah pengubahsuaian kimia yang lebih biasa digunakan. Data eksperimen menunjukkan bahawa apabila permukaan gentian karbon diubah suai secara kimia dengan ejen gandingan silane (KH550) untuk menyediakan bahan komposit PA6/CF, keputusan ujian impak yang tidak dikesan menunjukkan bahawa apabila kandungan gentian karbon diubah suai ialah 20%, kekuatan hentaman tanpa tonjolan PA6/CF mencapai nilai maksimum (18.5±0.6) kJ/m2, iaitu 52% lebih tinggi daripada kandungan tidak dirawat yang sepadan.
4. Kawalan proses pemprosesan dan pengacuan: Pengacuan dan pemprosesan kepingan komposit gentian karbon termoplastik dan teknologi sambungan komponen bahan juga merupakan faktor penting yang mempengaruhi sifat bahan akhir. Dengan mengawal suhu pengacuan, tekanan pengacuan, dan lain-lain semasa proses pengacuan bahan, situasi ikatan antara muka bahan komposit boleh dikawal dan prestasi antara muka boleh diubah.
Semakin tinggi suhu pengacuan, semakin rendah kelikatan matriks resin, semakin baik kecairan, semakin lengkap penyusupan gentian karbon, dan peningkatan dalam kawasan sentuhan antara muka. Oleh itu, di bawah panjang lanjutan retak yang sama, lebih besar nilai beban yang diperlukan untuk sampel koyak, iaitu, I Semakin tinggi keliatan patah interlaminar. Mengenai tekanan pengacuan, di bawah tekanan tinggi, disebabkan oleh halangan pergerakan rantai molekul, resin dan matriks tidak boleh menyusup dengan lebih baik, jadi keadaan pengacuan tekanan yang sesuai perlu dipilih. Kadar penyejukan yang sesuai juga boleh meningkatkan keliatan bahan komposit.
Di samping itu, kaedah pengacuan yang berbeza juga mempunyai kesan yang ketara ke atas mekanik akhir dan sifat lain bahan. Data eksperimen menunjukkan bahawa bahan komposit ABS/CF yang menggunakan proses penyemperitan/suntikan dan termoplastik gentian panjang (LFT)/proses pengacuan suntikan telah dibandingkan, dan kesan kedua-dua proses tersebut ke atas taburan panjang gentian, tegangan, hentaman dan sifat-sifat lain bahan tersebut. telah dibandingkan. Pengaruh. Keputusan menunjukkan bahawa panjang CF minimum dalam komposit ABS/L‑CF adalah lebih kurang 3 kali ganda panjang gentian maksimum dalam komposit ABS/E‑CF. Kekuatan impak ABS/L‑CF adalah kira-kira 105%~155% lebih tinggi daripada ABS/ECF.
Penyelidikan mengenai komposit gentian karbon termoplastik di dalam dan luar negara tidak pernah berhenti, dan meningkatkan keliatan hanyalah salah satu daripada arahan penyelidikan. Sebagai bahan komposit baharu yang canggih, gentian karbon termoplastik mempunyai potensi yang besar, tetapi sukar untuk mengubahnya menjadi bantuan perindustrian. Jika sifat gentian karbon termoplastik hendak digunakan dengan cara yang lebih lengkap dan matang, penyelidikan ke arah seperti mengeras adalah amat diperlukan. Hanya jika asasnya cukup kukuh, pembangunan industri gentian karbon boleh menjadi cukup kukuh.