Termoplastična ogljikova vlakna so pomembna usmeritev za prihodnji razvoj industrije ogljikovih vlaken. Zaradi visokih mehanskih lastnosti in preoblikovalnih lastnosti obdelave ima lahko večjo vlogo pri predelavi in ponovni uporabi izdelkov iz termoplastičnih ogljikovih vlaken. Termoplastična ogljikova vlakna so primerna za vrhunska področja, kot sta vesoljska in letalska industrija. Ima boljšo odpornost na visoke temperature in bolj celovite scenarije uporabe. Na tej stopnji ni veliko vrst termoplastičnih ogljikovih vlaken, ki bi jih lahko pripravili v serijah, vključno s CF/PEEK, CF/PPS, CF/PA itd.
Da bi izpolnili dejanske potrebe po uporabi v letalski in vesoljski industriji, bo morda treba zgornje kompozitne materiale do določene mere spremeniti, na primer povečati njihovo žilavost. Če želite povečati žilavost termoplastičnih kompozitov, lahko začnete z več vidikov, kot je dodajanje sredstev za utrjevanje ali dodajanje drugih ojačitev. Za spreminjanje in utrjevanje površine ogljikovih vlaken lahko uporabite tudi fizikalne ali kemične metode. Izboljšate lahko tudi postopek oblikovanja. Prilagoditev spodbuja učinek utrjevanja kompozitnih materialov.
1. Mešanje in utrjevanje sredstva za utrjevanje: Pri modifikaciji kompozitnega materiala je modifikacija fizičnega mešanja najpreprostejša in najpogosteje uporabljena metoda modifikacije. Lastnosti termoplastičnih kompozitov iz ogljikovih vlaken so tesno povezane s stanjem vezi med ogljikovimi vlakni in matriko iz termoplastične smole. Da bi povečali žilavost kompozitnega materiala, lahko dodamo določeno sredstvo za utrjevanje, da izboljšamo učinek povezovanja med materiali in povečamo žilavost kompozitnega materiala.
Anhidrid maleinske kisline (MAH) lahko reagira s poliamidom (PA), da postane kompatibilen. Imata dobro združljivost. Zaradi dobre združljivosti MAH in PA se lahko sredstvo za strjevanje hitro razprši v PA matrico. Raziskave kažejo, da lahko za kompozitne materiale PA6/CF dodatek sredstva za utrjevanje POE‑g‑MAH znatno izboljša udarne lastnosti kompozitnih materialov. Udarna trdnost se poveča s 6,2 kJ/m2 na 9.0kJ/m2, učinek utrjevanja pa je očiten.
Slabosti: Razumna količina sredstva za utrjevanje lahko pomaga izboljšati žilavost kompozitnih materialov, vendar lahko povečanje vsebnosti sredstva za utrjevanje povzroči težave, kot sta prevelika velikost delcev in zmanjšan učinek disperzije, kar vpliva na druge mehanske lastnosti materiala, zato je treba biti nadzorovan Ustrezen dodatek utrjevalcev.
2. Hibridno utrjevanje ojačitve: poleg ogljikovih vlaken in termoplastične smole so kompozitnim materialom iz termoplastičnih ogljikovih vlaken dodani drugi ojačitveni materiali, kot so steklena vlakna (GF), aramidna vlakna (AF) in ogljikove nanocevke, da izboljšajo termoplastična ogljikova vlakna. Žilavost kompozitnih materialov lahko doseže tudi učinek utrjevanja.
Poskusi kažejo, da bodo PA66 dodani CF, GF in POE‑g‑MAH za pripravo hibridnih vlaken/POE‑g‑MAH kompozitnih materialov PA66. Ko je količina dodatka steklenih vlaken 15 %, je učinek utrjevanja najboljši, kar je boljše od CF. Udarna trdnost samega polnila se je povečala za 34,02 % in učinek izboljšanja je bil očiten. Pri pripravi kompozitnih materialov CF/PET so vanj prevlečena aramidna vlakna za modifikacijo. Udarna trdnost kompozitnega materiala je bistveno izboljšana. Udarna trdnost kompozitnega materiala se poveča za 65,8 % z enim slojem nanosa in 45,6 % z dvoslojnim nanosom. Učinek strjevanja je bistveno izboljšan.
Nekatere študije so pokazale, da so bile prednosti dveh ojačitvenih materialov, CF in haloizitnih nanocevk (HNT), združene za preučevanje učinka sinergističnega utrjevanja in ojačitve HNT in CF na PA6. Rezultati preskusa mehanskih lastnosti kažejo, da ima PA6/30%CF/10%HNTs največjo udarno trdnost 8,9kJ/m2, HNT ima udarni učinek na kompozitne materiale PA6/CF, HNT in CF pa imata sinergistični učinek pri utrjevanju.
3. Površinska obdelava ogljikovih vlaken: Nemodificirana ogljikova vlakna so krhka, imajo močno površinsko inertnost in nimajo aktivnih skupin, kar ima za posledico slabo združljivost med ogljikovimi vlakni in matriko iz termoplastične smole, kar vpliva na strukturo vmesnika in zmogljivost. S površinsko obdelavo ogljikovih vlaken je mogoče povečati njihovo površinsko kemično aktivnost, površinsko prosto energijo ali površinsko hrapavost, kar lahko pomaga izboljšati stopnjo omočenosti med ogljikovimi vlakni in termoplastično matrico, s čimer se izboljša splošno delovanje kompozitnega materiala, vključno z njegovim lastnim žilavost. Obstaja veliko načinov za obdelavo površine ogljikovih vlaken, vključno z obdelavo s sredstvi za lepljenje, površinsko fizično modifikacijo in površinsko kemično modifikacijo.
Izboljšanje vmesnih lastnosti kompozitnih materialov s sredstvi za klejenje je mogoče doseči s fizikalnimi učinki, kot sta infiltracija in adhezija, ter kemičnimi učinki s kombinacijo velikega števila aktivnih skupin na površini ogljikovih vlaken z matriko, da se proizvede kovalentna obveznice. Eksperimentalni podatki kažejo, da se surovine, kot je adipinska kislina, kondenzirajo s taljenjem, da nastane termoplastični kopoliamid, ki je formuliran v sredstvo za lepljenje (co-PA) za modificiranje kompozitnega materiala PA6/CF. Pri optimalni vsebnosti kalibrirnega sredstva 4 % medfazna strižna trdnost (IFSS) kompozitnega materiala doseže 37,6 MPa, kar je 43,76 % več kot pri nedimenziranem PA6/CF.
Druge metode fizikalne modifikacije površine ogljikovih vlaken vključujejo ultrazvočno disperzijo, površinsko obdelavo in elektrokemično nanašanje. Eksperimentalni podatki kažejo, da je bil polidialildimetilamonijev klorid (PDDA) uporabljen za modificiranje grafenovega oksida (P‑SG) in pomešan s CF za ultrazvočno obdelavo, tako da je bil P‑SG uspešno pritrjen na površino CF za pridobitev kompozitov PA6/C‑SG. Zaključek je, da se udarna trdnost modificiranih kompozitnih materialov bistveno poveča s povečanjem vsebnosti ogljikovih vlaken. Ko je vsebnost ogljikovih vlaken 13 %, je udarna trdnost 36,52 kJ/m2, udarna zmogljivost pa se poveča za 113,17 %.
Kemična modifikacija površine ogljikovih vlaken je, da ogljikova vlakna postavimo v raztopino in selektivno spremenimo površino materiala, da dobimo več aktivnih skupin in povečamo vezno silo vmesnika; ali uporabite druga topila za izboljšanje hrapavosti površine CF za nadzor površinskih kemičnih lastnosti, med katerimi je metoda spojnega sredstva ena izmed pogosteje uporabljenih metod kemične modifikacije. Eksperimentalni podatki kažejo, da ko je površina ogljikovih vlaken kemično modificirana s silanskim spajalnim sredstvom (KH550) za pripravo kompozitnih materialov PA6/CF, rezultati preskusa udarca brez zareze kažejo, da ko je vsebnost modificiranih ogljikovih vlaken 20 %, udarna trdnost brez zareze PA6/CF doseže največjo vrednost (18,5±0,6) kJ/m2, kar je 52 % več od ustrezne neobdelane vsebnosti.
4. Nadzor procesa predelave in oblikovanja: Oblikovanje in obdelava kompozitnih plošč iz termoplastičnih ogljikovih vlaken in povezovalna tehnologija komponent materiala sta prav tako pomembna dejavnika, ki vplivata na lastnosti končnega materiala. Z nadzorovanjem temperature vlivanja, tlaka vlivanja itd. med postopkom vlivanja materiala je mogoče nadzirati situacijo povezovanja vmesnika kompozitnega materiala in spremeniti delovanje vmesnika.
Višja kot je temperatura oblikovanja, nižja je viskoznost matrice smole, boljša je fluidnost, popolnejša je infiltracija ogljikovih vlaken in povečanje kontaktne površine vmesnika. Zato je pri enaki dolžini raztezanja razpoke večja vrednost obremenitve, ki je potrebna za trganje vzorca, to je I Večja je interlaminarna lomna žilavost. Kar zadeva tlak vlivanja, pod visokim tlakom, zaradi oviranja gibanja molekularne verige, smole in matrice ni mogoče bolje infiltrirati, zato je treba izbrati ustrezne pogoje za vlivanje pod pritiskom. Ustrezna hitrost hlajenja lahko izboljša tudi žilavost kompozitnih materialov.
Poleg tega imajo različne metode oblikovanja pomemben vpliv na končno mehaniko in druge lastnosti materiala. Eksperimentalni podatki kažejo, da so primerjali kompozitne materiale ABS/CF, ki uporabljajo postopek ekstrudiranja/brizganja in termoplasta z dolgimi vlakni (LFT)/brizganja, ter učinke obeh procesov na porazdelitev vlaken po dolžini, natezno trdnost, udarne in druge lastnosti materiala. primerjali. Vpliv. Rezultati kažejo, da je najmanjša dolžina CF v kompozitih ABS/L-CF približno 3-krat večja od največje dolžine vlaken v kompozitih ABS/E-CF. Udarna trdnost ABS/L-CF je približno 105 % ~ 155 % večja kot pri ABS/ECF.
Raziskave termoplastičnih kompozitov iz ogljikovih vlaken doma in v tujini se niso nikoli ustavile, povečevanje žilavosti pa je le ena od raziskovalnih usmeritev. Kot vrhunski nov kompozitni material ima termoplastična ogljikova vlakna ogromen potencial, vendar ga je enako težko preoblikovati v industrijsko pomoč. Če naj se lastnosti termoplastičnih ogljikovih vlaken uporabijo na popolnejši in zrelejši način, so raziskave v smereh, kot je kaljenje, nepogrešljive. Le če so temelji dovolj trdni, je lahko razvoj industrije ogljikovih vlaken dovolj trden.