پنج جهت کامپوزیت های رزین ترموپلاستیک اصلاح شده با فیبر کربن.

پنج جهت کامپوزیت های رزین ترموپلاستیک اصلاح شده با فیبر کربن.

رزین‌های اصلاح‌شده فیبر کربن نوع نسبتاً موفقی از مواد کامپوزیت هستند که امروزه کامپوزیت‌های فیبر کربن گرما سخت انتخاب اصلی هستند. رزین های مورد استفاده شامل رزین های اپوکسی و رزین های فنولیک و غیره می باشد. ادغام رزین های ترموپلاستیک با فیبر کربن چالش برانگیز است. با این حال، عملکرد کلی بهتر است، و آن را به یک جهت مهم برای توسعه آینده صنعت فیبر کربن تبدیل می کند. تحت سطح فعلی تکنولوژی صنعتی، پیشرفت قابل توجهی در تحقیق کامپوزیت های رزین ترموپلاستیک اصلاح شده با فیبر کربن حاصل شده است. چندین کامپوزیت گرمانرم تقویت شده با فیبر کربن پیوسته با کارایی بالا قبلاً با موفقیت توسعه یافته اند، مانند نوارهای یک طرفه CF/PPS و CF/PEEK تولید شده توسط Zhishang New Materials.

1. کامپوزیت های رزین پلی پروپیلن اصلاح شده با فیبر کربن

پلی پروپیلن (PP) پرمصرف ترین ماده پلیمری در زمینه هایی مانند خودرو و لوازم خانگی است که تولید سالانه آن در چین بیش از 1 میلیون تن است. اصلاح رزین پلی پروپیلن با فیبر کربن می تواند به طور قابل توجهی استحکام و استحکام مواد کامپوزیت را بهبود بخشد. علاوه بر این، ادغام فیبر کربن نیز تأثیر قابل توجهی بر جریان پذیری و بلورینگی مواد PP دارد.

مواد PP اصلاح‌شده با فیبر کربن معمولاً با استفاده از تکنیک‌های اختلاط مذاب پردازش می‌شوند که عمدتاً شامل دو روش پردازش می‌شود: اکستروژن دو پیچ و تقویت فیبر بلند. خواص مواد اصلاح شده تحت تأثیر عواملی مانند مقدار فیبر کربن اضافه شده، طول الیاف، سازگار کننده ها و عملیات سطحی الیاف است.

در حال حاضر، کامپوزیت های PP تقویت شده با الیاف بلند به طور گسترده در بخش هایی مانند خودروسازی و صنایع دریایی استفاده می شود. با این حال، به دلیل سازگاری ضعیف بین ماتریس PP و فیبر کربن، دستیابی به عملکرد مکانیکی بالا در کامپوزیت ها نیاز به فرآیندهای تصفیه سطحی پیچیده برای فیبر کربن دارد که به طور قابل توجهی هزینه های پردازش و دشواری را افزایش می دهد.

2. کامپوزیت های رزین پلی وینیل کلرید اصلاح شده با فیبر کربن

پلی وینیل کلراید (PVC) یکی از پرکاربردترین رزین های همه منظوره در چین است که دارای مزایای کلیدی از جمله هزینه کم، خواص عایق الکتریکی خوب، مقاومت شیمیایی عالی و فرآیندهای قالب گیری ساده است. با این حال، برخی از اشکالات ذاتی مانند چقرمگی ضعیف، مقاومت ضربه ای کم و پایداری حرارتی، و عملکرد ضعیف پردازش، کاربرد آن را در زمینه هایی با الزامات سخت محدود می کند.

مواد پی وی سی اصلاح شده با فیبر کربن می توانند به طور موثر استحکام کششی، سختی سطح و استحکام خمشی ماتریس PVC را افزایش دهند و آنها را برای تولید ورق ها و لوله های PVC مختلف مناسب کنند.

سازگاری بین رشته‌های فیبر کربن و ماتریس PVC بهتر است و در نتیجه استحکام کششی، مقاومت خمشی و مقاومت ضربه‌ای را در مقایسه با ماتریس PVC بهبود می‌بخشد. به دلیل پایداری حرارتی ضعیف ماتریس PVC، روش های پردازش مانند غوطه وری در مذاب یا مخلوط کردن به راحتی می تواند منجر به تخریب ماتریس شود. بنابراین، مواد PVC اصلاح شده با فیبر کربن معمولاً با استفاده از تکنیک‌های لایه‌بندی پردازش می‌شوند.

3. کامپوزیت های رزین پلی کربنات اصلاح شده با فیبر کربن

پلی کربنات (PC) یک پلاستیک مهندسی پرکاربرد است که به دلیل مقاومت ضربه ای بالا و شفافیت خوب شناخته شده است. هنگامی که فیبر کربن با PC ترکیب می شود، می تواند ویژگی های مختلف PC را افزایش دهد و زمینه های کاربردی آن را گسترش دهد.

تحقیقات نشان داده است که وقتی مقدار فیبر کربن اضافه شده کمتر از 20 درصد باشد، افزایش قابل توجهی در استحکام کششی، مقاومت خمشی و مدول خمشی ماده ایجاد می‌شود. قدرت ضربه زمانی به حداکثر خود می رسد که محتوای فیبر کربن حدود 6٪ باشد. هنگامی که محتوای فیبر کربن بین 10٪ تا 20٪ باشد، مقاومت سطحی ماده می تواند به 8×10^9 Ω·cm برسد و خواص ضد الکتریسیته ساکن را ارائه دهد.

کامپوزیت پلی کربنات (PC) با فیبر کربن همچنین می تواند خواص محافظ الکترومغناطیسی را به ماتریس پلیمری منتقل کند. با این حال، راندمان محافظ بسیار بالا نیست. برای دستیابی به اثربخشی محافظ مورد نیاز مواد محافظ الکترومغناطیسی استاندارد، لازم است الیاف یا پودرهای فلزی با رسانایی بالا اضافه شود. فیبر کربن یا فیبر کربن پوشش داده شده با فلز، هنگامی که با پودرهای فلزی، گرافن، کربن سیاه رسانا و غیره ترکیب شود، می تواند نقش پل را در مواد کامپوزیت ایفا کند، در نتیجه عملکرد محافظ الکترومغناطیسی را افزایش می دهد.

4. کامپوزیت های رزین پلی آمید اصلاح شده با فیبر کربن

پلی آمید (PA) یک پلاستیک مهندسی عالی است، اما به دلیل کریستالی بودن بالا و جذب رطوبت قابل توجه، پایداری ابعادی محصولات ساخته شده از این ماده ضعیف است و استحکام و سختی آن با فلزات مطابقت ندارد. در کاربردهای عملی، این مواد اغلب نیاز به تقویت با الیاف شیشه یا فیبر کربن دارند.

پس از تقویت و اصلاح با فیبر کربن، خواص مکانیکی PA می تواند تا حد زیادی افزایش یابد. ماده اصلاح شده می تواند هم به عنوان یک ماده ساختاری برای تحمل بارها و هم به عنوان یک ماده کاربردی عمل کند. در حال حاضر، بیشتر تحقیقات در مورد PA اصلاح شده با فیبر کربن بر روی اثرات اصلاح سطح الیاف کربن بر سطح مشترک و عملکرد کامپوزیت ها متمرکز است.

مطالعات نشان داده اند که عملیات اکسیداسیون سطح فیبر کربن استحکام پیوند بین فیبر کربن و PA1 را بهبود می بخشد010. با افزایش کسر حجمی فیبر کربن، استحکام کششی و سختی راکول کامپوزیت در ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد. هنگامی که کسر حجمی فیبر کربن به 20٪ می رسد، استحکام کششی ماده به حداکثر مقدار خود می رسد. علاوه بر این، ضریب اصطکاک مواد با افزایش کسر حجمی فیبر کربن کاهش می‌یابد و زمانی که کسر حجمی فیبر کربن به 20 درصد می‌رسد در حدود 0.24 تثبیت می‌شود.

5. کامپوزیت های پلاستیک مهندسی ویژه اصلاح شده با فیبر کربن

پلاستیک های مهندسی ویژه به پلاستیک هایی اطلاق می شود که عملکرد کلی بالاتر و دمای خدمات طولانی مدت بالاتر از 150 درجه دارند. این مواد عمدتاً شامل PEEK، PPS، TPI و موارد دیگر هستند. اکثر پلاستیک های مهندسی خاص می توانند به عنوان مواد ماتریسی برای کامپوزیت های گرمانرم تقویت شده با الیاف شیشه، فیبر کربن و فیبر آرامید عمل کنند. پلاستیک‌های مهندسی ویژه تقویت‌شده با فیبر کربن دارای خواص مکانیکی و عملکرد پردازشی عالی هستند و به آن‌ها اجازه می‌دهد تا به طور کامل جایگزین رزین‌های حرارتی یا حتی فلزات در کاربردهایی مانند هوافضا، دریایی و پزشکی شوند.

A. کتون پلی اتر اتر تقویت شده با فیبر کربن (PEEK)در حال حاضر بالاترین گرمانرم مقاوم در برابر دما است، با دمای استفاده طولانی مدت تا 250 درجه. حتی در دماهای بالای 300 درجه، خواص مکانیکی بسیار خوبی را حفظ می کند. PEEK اصلاح شده با فیبر کربن نه تنها استحکام و استحکام مواد را افزایش می دهد، بلکه ویژگی های رسانایی و مقاومت در برابر سایش را نیز ایجاد می کند.

B. پلی آمید ترموپلاستیک (TPI)پایداری حرارتی فوق العاده ای را به همراه مقاومت در برابر ضربه، مقاومت در برابر تشعشع و مقاومت در برابر حلال نشان می دهد. علاوه بر این، این نوع مواد در محیط‌های شدید که با دماهای بالا، فشارهای متغیر و سرعت‌های بالا مشخص می‌شود، مقاومت در برابر سایش استثنایی را نشان می‌دهد. استفاده از تقویت کننده فیبر کربن می تواند عملکرد این مواد را بیشتر کرده و دامنه کاربرد آنها را گسترش دهد.

C. پلی فنیلن سولفید (PPS)یک رزین ترموپلاستیک نیمه کریستالی است که به دلیل خواص مکانیکی عالی، مقاومت شیمیایی و ویژگی های خود خاموش شوندگی شناخته شده است. علاوه بر این، این نوع از مواد سازگاری خوبی با مواد معدنی معدنی و الیاف آلی نشان می‌دهد و آن را برای تهیه کامپوزیت‌های مختلف با محتوای پرکننده بالا مناسب می‌سازد. کامپوزیت های PPS فیبر کربن ترموپلاستیک خواص مکانیکی خوب و مقاومت در برابر حلال عالی از خود نشان می دهند. عملکرد پیوند بین PPS و فیبر کربن نیز عالی است. با این حال، تمام خواص مکانیکی به طور قابل توجهی تحت تاثیر کسر حجمی پارچه فیبر کربن است. هنگامی که کسر حجمی پارچه فیبر کربنی زیر 50٪ باشد، تمام خواص مکانیکی کامپوزیت به طور قابل توجهی با افزایش کسر حجمی پارچه فیبر کربن بهبود می‌یابد.

انواع مختلف رزین های ترموپلاستیک درجات متفاوتی از عملکرد را هنگام ادغام با فیبر کربن از خود نشان می دهند و همچنین تفاوت هایی در آماده سازی و پردازش بعدی وجود دارد. تنها از طریق آزمایش مداوم می توان راه حل های بهینه را پیدا کرد و کل صنعت فیبر کربن را به مرحله بعدی سوق داد. در حال حاضر، چندین کامپوزیت فیبر کربن ترموپلاستیک، مانند CF/PPS و CF/PEEK، از نظر عملکرد، تولید و بازیافت، عملکرد خوبی دارند و آنها را به مناطق مهمی برای تحقیق و توسعه عمیق در کوتاه مدت تبدیل می‌کند. در سال‌های اخیر، Zhi Shang New Materials برای ادغام بهتر الیاف کربن پیوسته با این رزین‌های ترموپلاستیک تلاش کرده است تا نوارهای یک طرفه با فرم‌های فیزیکی پایدارتر و خواص مکانیکی برتر ایجاد کند. با پیشرفت تکنولوژی و تنظیمات تجهیزات، قابلیت تولید انبوه چنین محصولاتی ایجاد شده است.