Termoplastična karbonska vlakna važan su pravac za budući razvoj industrije karbonskih vlakana. Zbog svojih visokih mehaničkih svojstava i karakteristika obrade koje se mogu preoblikovati, može igrati veću ulogu u preradi i ponovnoj upotrebi proizvoda od termoplastičnih karbonskih vlakana. Termoplastična karbonska vlakna pogodna su za vrhunska područja kao što su svemir i avijacija. Ima bolju otpornost na visoke temperature i sveobuhvatnije scenarije primjene. U ovoj fazi, ne postoji mnogo tipova termoplastičnih karbonskih vlakana koja se mogu pripremiti u serijama, uključujući CF/PEEK, CF/PPS, CF/PA, itd.
Kako bi se zadovoljile stvarne potrebe upotrebe u aeronautičkoj i drugim industrijama, gore navedeni kompozitni materijali će možda morati biti modificirani do određene mjere, kao što je povećanje njihove žilavosti. Ako želite povećati žilavost termoplastičnih kompozita, možete početi od mnogih aspekata, kao što je dodavanje sredstava za učvršćivanje ili dodavanje drugih ojačanja. Također možete koristiti fizičke ili kemijske metode da modificirate i ojačate površinu karbonskih vlakana. Također možete poboljšati proces oblikovanja. Podešavanje promoviše efekat očvršćavanja kompozitnih materijala.
1. Mešanje i kaljenje sredstva za učvršćivanje: U modifikaciji kompozitnog materijala, fizička modifikacija mešanja je najjednostavniji i najčešće korišćeni metod modifikacije. Svojstva termoplastičnih kompozita od karbonskih vlakana usko su povezana sa stanjem veze između karbonskih vlakana i matrice termoplastične smole. Kako bi se povećala žilavost kompozitnog materijala, može se dodati određeno sredstvo za učvršćivanje kako bi se poboljšao učinak spajanja materijala i povećala žilavost kompozitnog materijala.
Maleinski anhidrid (MAH) može reagovati sa poliamidom (PA) kako bi ga kompatibilan. Ova dva imaju dobru kompatibilnost. Zbog dobre kompatibilnosti MAH i PA, sredstvo za učvršćivanje može se brzo raspršiti u PA matricu. Istraživanja pokazuju da za PA6/CF kompozitne materijale, dodavanje agensa za učvršćivanje POE‑g‑MAH može značajno poboljšati udarna svojstva kompozitnih materijala. Čvrstoća na udar je povećana sa 6,2kJ/m2 na 9.0kJ/m2, a efekat očvršćavanja je očigledan.
Nedostaci: Razumna količina sredstva za učvršćivanje može pomoći u poboljšanju žilavosti kompozitnih materijala, ali povećanje sadržaja sredstva za učvršćivanje može dovesti do problema kao što su prevelika veličina čestica i smanjeni efekat disperzije, što utiče na druga mehanička svojstva materijala, pa je potrebno biti kontrolisan Pogodan dodatak učvršćivača.
2. Hibridno ojačanje: Osim karbonskih vlakana i termoplastične smole, drugi materijali za ojačanje, kao što su staklena vlakna (GF), aramidna vlakna (AF) i ugljične nanocijevi, dodaju se termoplastičnim kompozitnim materijalima od karbonskih vlakana kako bi se poboljšala termoplastična karbonska vlakna Žilavost kompozitnih materijala takođe može postići efekat kaljenja.
Eksperimenti pokazuju da će se CF, GF i POE‑g‑MAH dodati PA66 za pripremu hibridnih vlakana/POE‑g‑MAH kompozitnih materijala ojačanih PA66. Kada je količina dodatka staklenih vlakana 15%, učinak očvršćavanja je najbolji, što je bolje od CF. Udarna čvrstoća samog punjenja povećana je za 34,02%, a učinak poboljšanja je bio očigledan. Prilikom pripreme CF/PET kompozitnih materijala, u njega se oblažu aramidna vlakna radi modifikacije. Udarna čvrstoća kompozitnog materijala je značajno poboljšana. Čvrstoća na udar kompozitnog materijala je povećana za 65,8% sa jednim slojem premaza i 45,6% sa dva sloja premaza. Efekat učvršćivanja je značajno poboljšan.
Neke studije su otkrile da su prednosti dvaju materijala za ojačanje, CF i haloizitnih nanocijevi (HNT), kombinovane kako bi se proučavao učinak sinergističkog učvršćivanja i ojačanja HNT-a i CF-a na PA6. Rezultati ispitivanja mehaničkih svojstava pokazuju da PA6/30%CF/10%HNTs ima maksimalnu udarnu čvrstoću od 8,9kJ/m2, HNT ima učinak kaljenja na PA6/CF kompozitne materijale, a HNT i CF imaju sinergijski učinak u kaljenju.
3. Površinska obrada karbonskih vlakana: Nemodificirana karbonska vlakna su krhka, imaju jaku površinsku inertnost i nemaju aktivne grupe, što rezultira lošom kompatibilnošću između karbonskih vlakana i matrice termoplastične smole, a utiče na strukturu sučelja i performanse. Površinskom obradom karbonskih vlakana može se povećati njegova površinska kemijska aktivnost, slobodna energija površine ili hrapavost površine, što može pomoći u poboljšanju stupnja vlaženja između karbonskih vlakana i termoplastične matrice, čime se poboljšavaju ukupne performanse kompozitnog materijala, uključujući njegov vlastiti žilavost. Postoji mnogo načina za tretiranje površine karbonskih vlakana, uključujući tretman agensom za dimenzioniranje, površinsku fizičku modifikaciju i površinsku kemijsku modifikaciju.
Poboljšanje svojstava interfejsa kompozitnih materijala pomoću sredstava za dimenzionisanje može se postići fizičkim efektima kao što su infiltracija i adhezija, kao i hemijskim efektima kombinacijom velikog broja aktivnih grupa na površini karbonskih vlakana sa matriksom za proizvodnju kovalentnog obveznice. Eksperimentalni podaci pokazuju da se sirovine, kao što je adipinska kiselina, kondenziraju iz taline kako bi se formirao termoplastični kopoliamid, koji je formuliran u sredstvo za povećanje veličine (co-PA) za modificiranje PA6/CF kompozitnog materijala. Pri optimalnom sadržaju agensa za dimenzioniranje od 4%, međufazna čvrstoća na smicanje (IFSS) kompozitnog materijala dostiže 37,6 MPa, što je 43,76% više od one kod nedimenzioniranog PA6/CF.
Druge metode fizičke modifikacije površine karbonskih vlakana uključuju ultrazvučnu disperziju, obradu površinski aktivnim tvarima i elektrohemijsko taloženje. Eksperimentalni podaci pokazuju da je polidialildimetilamonijum hlorid (PDDA) korišten za modificiranje grafenskog oksida (P-SG) i pomiješan sa CF za ultrazvučni tretman, tako da je P-SG uspješno vezan na površinu CF-a kako bi se dobili PA6/C-SG kompoziti. Zaključak je da se udarna čvrstoća modificiranih kompozitnih materijala značajno povećava s povećanjem sadržaja karbonskih vlakana. Kada je sadržaj karbonskih vlakana 13%, čvrstoća na udar je 36,52kJ/m2, a učinak udara je povećan za 113,17%.
Hemijska modifikacija površine karbonskih vlakana je stavljanje karbonskih vlakana u okruženje rastvora i selektivno modifikovanje površine materijala kako bi se dobile aktivnije grupe i povećala sila vezivanja na interfejsu; ili koristiti druge rastvarače za poboljšanje hrapavosti CF površine za kontrolu hemijskih svojstava površine, među kojima je metoda sredstva za spajanje jedna od najčešće korištenih metoda kemijske modifikacije. Eksperimentalni podaci pokazuju da kada je površina karbonskih vlakana hemijski modifikovana silanskim sredstvom za spajanje (KH550) da bi se pripremili PA6/CF kompozitni materijali, rezultati testa na udar bez zareza pokazuju da kada je modifikovani sadržaj karbonskih vlakana 20%, neurezana udarna čvrstoća PA6/CF dostiže maksimalnu vrijednost (18,5±0,6) kJ/m2, što je 52% više od odgovarajućeg netretiranog sadržaja.
4. Kontrola procesa obrade i oblikovanja: Prerada i obrada kompozitnih ploča od termoplastičnih karbonskih vlakana i tehnologija povezivanja komponenti materijala su također važni faktori koji utiču na konačna svojstva materijala. Kontrolom temperature oblikovanja, pritiska oblikovanja, itd. tokom procesa oblikovanja materijala, može se kontrolisati situacija vezivanja na interfejsu kompozitnog materijala i može se promeniti performansa interfejsa.
Što je viša temperatura oblikovanja, to je niži viskozitet matrice smole, bolja je fluidnost, potpunija je infiltracija karbonskih vlakana i povećanje kontaktne površine međupovršine. Stoga, pod istom dužinom proširenja prsline, veća je vrijednost opterećenja potrebna da se uzorak pokida, odnosno I Što je veća žilavost međuslojnog loma. Što se tiče pritiska oblikovanja, pod visokim pritiskom, zbog ometanja kretanja molekularnog lanca, smola i matriks se ne mogu bolje infiltrirati, pa je potrebno odabrati odgovarajuće uslove tlačnog oblikovanja. Odgovarajuća brzina hlađenja takođe može poboljšati žilavost kompozitnih materijala.
Osim toga, različite metode oblikovanja također imaju značajan utjecaj na konačnu mehaniku i druga svojstva materijala. Eksperimentalni podaci pokazuju da su ABS/CF kompozitni materijali koji koriste proces ekstruzije/injektiranja i termoplastičnog dugog vlakna (LFT)/postupkom brizganja upoređeni, te učinci dva procesa na raspodjelu dužine vlakana, vlačnost, udar i druga svojstva materijala. su upoređivani. Uticaj. Rezultati pokazuju da je minimalna CF dužina u ABS/L-CF kompozitima približno 3 puta veća od maksimalne dužine vlakana u ABS/E-CF kompozitima. Čvrstoća na udar ABS/L‑CF je oko 105%~155% veća od ABS/ECF.
Istraživanja termoplastičnih karbonskih kompozita u zemlji i inostranstvu nikada nisu prestala, a povećanje žilavosti samo je jedan od pravaca istraživanja. Kao vrhunski novi kompozitni materijal, termoplastična karbonska vlakna imaju ogroman potencijal, ali ih je jednako teško transformirati u pomoć u industriji. Ako se svojstva termoplastičnih karbonskih vlakana žele primijeniti na potpuniji i zreliji način, neophodna su istraživanja u smjerovima kao što je kaljenje. Samo ako je temelj dovoljno čvrst, razvoj industrije karbonskih vlakana može biti dovoljno čvrst.