Termoplastiskā oglekļa šķiedra ir svarīgs virziens oglekļa šķiedras nozares turpmākajā attīstībā. Augsto mehānisko īpašību un pārveidojamo apstrādes īpašību dēļ tam var būt lielāka nozīme termoplastisko oglekļa šķiedras izstrādājumu apstrādē un atkārtotā izmantošanā. Termoplastiskā oglekļa šķiedra ir piemērota augstākās klases jomām, piemēram, aviācijai un aviācijai. Tam ir labāka augstas temperatūras izturība un plašāki pielietojuma scenāriji. Šajā posmā nav daudz termoplastisko oglekļa šķiedru veidu, ko var pagatavot partijās, tostarp CF/PEEK, CF/PPS, CF/PA utt.
Lai apmierinātu aviācijas un citu nozaru faktiskās lietošanas vajadzības, iepriekš minētie kompozītmateriāli var būt zināmā mērā jāpārveido, piemēram, jāpalielina to izturība. Ja vēlaties palielināt termoplastisko kompozītmateriālu stingrību, varat sākt no daudziem aspektiem, piemēram, pievienot rūdīšanas līdzekļus vai pievienot citus pastiprinājumus. Varat arī izmantot fizikālas vai ķīmiskas metodes, lai modificētu un nostiprinātu oglekļa šķiedras virsmu. Varat arī uzlabot formēšanas procesu. Pielāgošana veicina kompozītmateriālu rūdīšanas efektu.
1. Sajaukšana ar cietinātāju un rūdīšana: kompozītmateriālu modifikācijā fizikālā sajaukšanas modifikācija ir vienkāršākā un visbiežāk izmantotā modifikācijas metode. Termoplastisko oglekļa šķiedru kompozītu īpašības ir cieši saistītas ar saskarnes savienojuma stāvokli starp oglekļa šķiedru un termoplastisko sveķu matricu. Lai palielinātu kompozītmateriāla stingrību, var pievienot noteiktu rūdīšanas līdzekli, lai uzlabotu materiālu saskarnes savienojuma efektu un uzlabotu kompozītmateriāla stingrību.
Maleīnskābes anhidrīds (MAH) var reaģēt ar poliamīdu (PA), lai to saderinātu. Abiem ir laba saderība. Pateicoties labajai MAH un PA savietojamībai, cietinātāju var ātri izkliedēt PA matricā. Pētījumi liecina, ka PA6/CF kompozītmateriāliem cietinātāja POE-g-MAH pievienošana var ievērojami uzlabot kompozītmateriālu trieciena īpašības. Triecienizturība tiek palielināta no 6,2 kJ/m2 līdz 9.{5}}kJ/m2, un rūdīšanas efekts ir acīmredzams.
Trūkumi: Samērīgs rūdīšanas līdzekļa daudzums var palīdzēt uzlabot kompozītmateriālu stingrību, bet rūdīšanas līdzekļa satura palielināšanās var radīt tādas problēmas kā pārmērīgs daļiņu izmērs un samazināta dispersijas iedarbība, kas ietekmē citas materiāla mehāniskās īpašības, tāpēc tam ir nepieciešams jākontrolē Piemērota cietinātāju pievienošana.
2. Armatūras hibrīda rūdīšana: papildus oglekļa šķiedrai un termoplastiskajiem sveķiem termoplastiskās oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem tiek pievienoti citi stiegrojuma materiāli, piemēram, stikla šķiedra (GF), aramīda šķiedra (AF) un oglekļa nanocaurules, lai uzlabotu termoplastisko oglekļa šķiedru. Arī kompozītmateriālu stingrība var sasniegt rūdīšanas efektu.
Eksperimenti liecina, ka CF, GF un POE-g-MAH tiks pievienoti PA66, lai sagatavotu hibrīda šķiedru/POE-g-MAH kompozītu pastiprinātus PA66 materiālus. Ja stikla šķiedras pievienošanas daudzums ir 15%, rūdīšanas efekts ir vislabākais, kas ir labāks par CF. Tikai pildījuma triecienizturība palielinājās par 34,02%, un uzlabošanās efekts bija acīmredzams. Sagatavojot CF/PET kompozītmateriālus, modificēšanai tajā tiek pārklāta aramīda šķiedra. Kompozītmateriāla triecienizturība ir ievērojami uzlabota. Kompozītmateriāla triecienizturība tiek palielināta par 65,8% ar vienu pārklājuma kārtu un 45,6% ar diviem pārklājuma slāņiem. Nostiprinošais efekts ir ievērojami uzlabots.
Dažos pētījumos ir atklāts, ka divu pastiprinošo materiālu, CF un halloysite nanocaurules (HNT) priekšrocības tika apvienotas, lai izpētītu sinerģiskas rūdīšanas un HNT un CF pastiprināšanas ietekmi uz PA6. Mehānisko īpašību testu rezultāti liecina, ka PA6/30%CF/10%HNTs maksimālā triecienizturība ir 8,9kJ/m2, HNT ir stindzinoša iedarbība uz PA6/CF kompozītmateriāliem, un HNT un CF ir sinerģiska iedarbība rūdīšanā.
3. Oglekļa šķiedras virsmas apstrāde: nemodificēta oglekļa šķiedra ir trausla, tai ir spēcīga virsmas inerce, un tajā nav aktīvo grupu, kā rezultātā oglekļa šķiedra un termoplastisko sveķu matrica ir slikti saderīga, un tiek ietekmēta saskarnes struktūra un veiktspēja. Apstrādājot oglekļa šķiedras virsmu, var palielināt tās virsmas ķīmisko aktivitāti, virsmas brīvo enerģiju vai virsmas raupjumu, kas var palīdzēt uzlabot mitrināšanas pakāpi starp oglekļa šķiedru un termoplastisko matricu, tādējādi uzlabojot kompozītmateriāla kopējo veiktspēju, tostarp tā paša. stingrība. Ir daudz veidu, kā apstrādāt oglekļa šķiedras virsmu, tostarp apstrādi ar līmēšanas līdzekli, virsmas fizikālo modifikāciju un virsmas ķīmisko modifikāciju.
Kompozītmateriālu saskarnes īpašību uzlabošanu, izmantojot līmēšanas līdzekļus, var panākt, izmantojot fiziskus efektus, piemēram, infiltrāciju un adhēziju, kā arī ķīmiskus efektus, apvienojot lielu skaitu aktīvo grupu uz oglekļa šķiedras virsmas ar matricu, lai iegūtu kovalentu. obligācijas. Eksperimentālie dati liecina, ka izejmateriāli, piemēram, adipīnskābe, tiek kondensēti kausējuma veidā, veidojot termoplastisku kopoliamīdu, kas tiek veidots kā līmvielas (ko-PA), lai modificētu PA6/CF kompozītmateriālu. Pie optimālā 4% lieluma līdzekļa satura kompozītmateriāla saskarnes bīdes izturība (IFSS) sasniedz 37,6 MPa, kas ir par 43,76% augstāka nekā bezizmēra PA6/CF.
Citas oglekļa šķiedras virsmas fizikālās modifikācijas metodes ietver ultraskaņas dispersiju, virsmas aktīvo vielu apstrādi un elektroķīmisko nogulsnēšanos. Eksperimentālie dati liecina, ka polidialildimetilamonija hlorīds (PDDA) tika izmantots, lai modificētu grafēna oksīdu (P-SG) un sajaukts ar CF ultraskaņas apstrādei, tādējādi P-SG tika veiksmīgi piestiprināts pie CF virsmas, lai iegūtu PA6 / C -SG kompozītmateriālus. Secinājums ir tāds, ka modificēto kompozītmateriālu triecienizturība ievērojami palielinās, palielinoties oglekļa šķiedras saturam. Ja oglekļa šķiedras saturs ir 13%, triecienizturība ir 36,52 kJ/m2, un triecienizturība ir palielināta par 113,17%.
Oglekļa šķiedras virsmas ķīmiskā modifikācija ir ievietot oglekļa šķiedru šķīduma vidē un selektīvi modificēt materiāla virsmu, lai iegūtu aktīvākas grupas un palielinātu saskarnes saistīšanas spēku; vai izmantot citus šķīdinātājus, lai uzlabotu CF virsmas raupjumu, lai kontrolētu virsmas ķīmiskās īpašības, starp kurām savienojošā aģenta metode ir viena no biežāk izmantotajām ķīmiskās modifikācijas metodēm. Eksperimentālie dati liecina, ka tad, kad oglekļa šķiedras virsmu ķīmiski modificē ar silāna sakabes līdzekli (KH550), lai sagatavotu PA6/CF kompozītmateriālus, trieciena testa rezultāti bez iecirtumiem liecina, ka tad, kad modificētās oglekļa šķiedras saturs ir 20%. PA6/CF neiecirtītā triecienizturība sasniedz maksimālo vērtību (18,5±0,6) kJ/m2, kas ir par 52% lielāka nekā atbilstošs neapstrādātais saturs.
4. Apstrādes un formēšanas procesa kontrole: Termoplastiskās oglekļa šķiedras kompozītmateriālu lokšņu liešana un apstrāde un materiālu komponentu savienošanas tehnoloģija arī ir svarīgi faktori, kas ietekmē materiāla galīgās īpašības. Materiāla liešanas procesa laikā kontrolējot formēšanas temperatūru, formēšanas spiedienu utt., var kontrolēt kompozītmateriāla saskarnes savienojuma situāciju un mainīt saskarnes veiktspēju.
Jo augstāka ir formēšanas temperatūra, jo zemāka ir sveķu matricas viskozitāte, jo labāka ir plūstamība, pilnīgāka oglekļa šķiedras infiltrācija un palielinās saskarnes kontakta laukums. Tāpēc ar tādu pašu plaisas pagarinājuma garumu, jo lielāka ir slodzes vērtība, kas nepieciešama, lai paraugs saplēstu, tas ir, I Jo augstāka ir starpslāņu lūzuma izturība. Attiecībā uz formēšanas spiedienu zem augsta spiediena molekulārās ķēdes kustības šķēršļu dēļ sveķus un matricu nevar labāk infiltrēt, tāpēc ir jāizvēlas atbilstoši spiediena formēšanas apstākļi. Atbilstošs dzesēšanas ātrums var arī uzlabot kompozītmateriālu izturību.
Turklāt dažādām formēšanas metodēm ir arī būtiska ietekme uz materiāla galīgo mehāniku un citām īpašībām. Eksperimentālie dati liecina, ka tika salīdzināti ABS/CF kompozītmateriāli, kuros izmanto ekstrūzijas/iesmidzināšanas procesu un garo šķiedru termoplastisko (LFT)/injekcijas formēšanas procesu, un abu procesu ietekme uz šķiedru garuma sadalījumu, stiepi, triecienu un citām materiāla īpašībām. tika salīdzināti. Ietekme. Rezultāti liecina, ka minimālais CF garums ABS/L-CF kompozītmateriālos ir aptuveni 3 reizes lielāks par maksimālo šķiedras garumu ABS/E-CF kompozītmateriālos. ABS/L-CF triecienizturība ir par aptuveni 105% ~ 155% augstāka nekā ABS/ECF.
Termoplastisko oglekļa šķiedras kompozītmateriālu pētījumi gan mājās, gan ārvalstīs nekad nav beigušies, un izturības palielināšana ir tikai viens no pētniecības virzieniem. Termoplastiskajai oglekļa šķiedrai kā visprogresīvākajam kompozītmateriālam ir milzīgs potenciāls, taču to ir tikpat grūti pārveidot par rūpniecisku palīdzību. Ja termoplastiskās oglekļa šķiedras īpašības ir jāizmanto pilnīgāk un nobriedušākā veidā, ir nepieciešami pētījumi tādos virzienos kā rūdīšana. Tikai tad, ja pamats ir pietiekami stabils, oglekļa šķiedras nozares attīstība var būt pietiekami stabila.