Termoplastiskās oglekļa šķiedras sagatavošanā nozare parasti izmanto šos četrus līmeņus.
Termoplastisko oglekļa šķiedru kompozītmateriālu sagatavošanā ir jārisina jautājums par oglekļa šķiedras un termoplastisko sveķu saskarnes stiprību, lai turpmākajos procesos nodrošinātu labāku infiltrāciju un saistīšanas efektu. Liela nozīme šajā ziņā ir izmēra līdzekļiem. Tomēr dažādiem termoplastiskās matricas materiāliem ir dažādas fizikālās un ķīmiskās īpašības, tāpēc ir nepieciešami eksperimenti, lai noteiktu dažāda veida līmvielas, kas atbilst īpašajām lietošanas prasībām.
Lai uzlabotu līmvielu savietojamību ar kompozītmateriāliem uz termoplastisko sveķu bāzes, nozare ir veikusi plašu izpēti par dažādiem jauniem līmēšanas līdzekļiem dažādiem termoplastiskajiem sveķiem, lai panāktu blīvu strukturālo līdzību un spēcīgu mijiedarbību starp līmēšanas līdzekļiem un termoplastiskajiem sveķiem. . Pēc daudziem eksperimentiem un salīdzinošiem datu novērtējumiem ir konstatēts, ka īpaši piemēroti ir šādi četri līmvielas veidi: poliamīds (PA), poliuretāns (PU), poliarilēteris un poliimīds (PI).
1. Poliamīda (PA) izmēra noteikšanas līdzeklis
Poliamīdam (PA), kas pazīstams arī kā neilons, ir lieliska ķīmiskā stabilitāte, nodilumizturība un mehāniskās īpašības. To parasti izmanto īpašās šķiedrās, inženiertehniskajā plastmasā un uz termoplastiskiem sveķiem balstītos kompozītmatricas sveķos. Tā kā PA ir plaši izmantots kā matricas sveķi uz termoplastiskiem sveķiem balstītiem kompozītmateriāliem, PA atlasīšana kā līmēšanas līdzekļa sastāvdaļa var uzlabot termoplastisko sveķu kompozītmateriālu saskarnes savietojamību.
Uz šķīdinātāju bāzes izgatavots šķīdinātājs tika sagatavots, izšķīdinot modificēto PA poliolos un uzklājot to uz T300 oglekļa šķiedras, kas tiek noņemta. Tas noveda pie CF/PA66 kompozītmateriālu izgatavošanas. Labā saderība starp līmēšanas līdzekli un neilona 66 matricas sveķiem radīja ķīmiskās saites un fizikālās adsorbcijas sinerģisku efektu, veiksmīgi uzlabojot kompozītmateriālu stiepes izturību un triecienizturību attiecīgi par 40,87% un 43,59%.
Tomēr šī metode prasa ievērojamu daudzumu organisko šķīdinātāju, radot nopietnus draudus vides un ražošanas drošībai, un enerģijas patēriņš šķīdinātāju žāvēšanai ir ievērojams. Tāpēc PA lieluma līmeņu izpētes fokuss pakāpeniski tiek novirzīts uz videi draudzīgākām ūdens bāzes līmeņu sistēmām. Pašlaik stabilākas izkliedētas PA emulsijas iegūšana, izmantojot virsmaktīvās vielas, un PA ūdens līmeņu sagatavošana, izmantojot hidrofilu modifikāciju, ir nobriedušākas pieejas.
2. Poliuretāna (PU) izmēra noteikšanas līdzeklis
Pateicoties tā unikālajai ķīmiskajai struktūrai, poliuretānam (PU) ir laba savietojamība un saķeres stiprība ar dažādiem termoplastiskiem sveķiem, tāpēc tas ir plaši pielietojams kā līmēšanas līdzeklis. Izmantojot līdzības un saderības starp uretāna un karbonāta struktūrām, PU var izmantot kā līmēšanas līdzekli oglekļa šķiedras (CF)/termoplastiskā polikarbonāta (PC) kompozītmateriālu šķiedru izmēra noteikšanai, izmantojot šķīdinātāja metodi.
Poliuretāna (PU) līmēšanas līdzekļa termiskā stabilitāte ir lieliska; tas sāk zaudēt svaru tikai temperatūrā līdz 270 grādiem. Tas ļauj ķīmiski savienoties ar karbonāta struktūrām polikarbonāta (PC) matricā, kā rezultātā kompozītmateriālu starpslāņa bīdes izturība palielinās no 38,1 MPa līdz 62,9 MPa, kas ir par 65% uzlabojums.
Tomēr, pieaugot uzsvaram uz vides jautājumiem, šķīdinātāju bāzes PU līmvielas pakāpeniski tiek aizstātas ar ūdens bāzes līmeņu sistēmām. Emulsijas dispersija ir viena no visbiežāk izmantotajām metodēm ūdens bāzes PU līmvielas pagatavošanai. Ūdens bāzes emulsijas PU līmvielas var uzglabāt līdz sešiem mēnešiem normālos žāvēšanas apstākļos ar karstumizturību, kas sasniedz 280–300 grādus, kas var paaugstināt CF/PA66 kompozītmateriālu starpslāņa bīdes izturību līdz vairāk nekā 78 MPa, demonstrējot labāku. ievērojams uzlabojums.
Poliarilētera izmēra noteikšanas līdzeklis
Poliarilēteri ir polimēri, kas satur aromātiskus gredzenus un ētera saites. Labi zināmi piemēri ir poliētera ētera ketons (PEEK), polifenilēnsulfīds (PPS) un poliētersulfons (PES). Cietie benzola gredzeni un elastīgās ētera saites nodrošina šiem materiāliem izcilas mehāniskās un termiskās īpašības, vienlaikus ļaujot dažām sistēmām būt kristāliskām, nodrošinot nepārtrauktu lietošanu augstās temperatūras un mitros apstākļos. Tos plaši izmanto kā augstas veiktspējas inženiertehnisko plastmasu un termoplastiskus sveķus kosmosa, elektronikas, enerģētikas un medicīnas jomās.
Tomēr poliarilēteru stingrā un stabilā struktūra, lai arī sniedz daudzas priekšrocības, arī apgrūtina to reakciju ar citām aktīvajām grupām, izraisot vāju saskarnes saikni ar oglekļa šķiedrām (CF). Tāpēc par prioritāru problēmu ir kļuvusi poliarilētera sistēmu modificēšana un līmēšanas līdzekļu sagatavošana, lai uzlabotu to saķeres stiprību ar CF un termoplastiskām matricām. Apstrāde ar spēcīgu skābi ir efektīva metode aktīvo grupu ievadīšanai poliarilētera molekulās.
Izmantojot sulfonēšanas apstrādi, nātrija sulfonāta struktūras (-SO3Na) tika ievadītas PEEK sistēmā, lai sagatavotu līmēšanas līdzekli. Sulfongrupas var veidot ūdeņraža saites ar grupām uz šķiedras virsmas, un līmēšanas līdzeklis ir saderīgs ar PEEK matricu, atvieglojot matricas sveķu mitrināšanu un infiltrāciju CF. Kompozītmateriāla starpslāņu bīdes izturība sasniedza 78,2 MPa.
Turklāt tika sagatavots uz šķīdinātāju balstīts hibrīda izmēra līdzeklis, modificējot grafēna oksīdu (GO) ar diamīna struktūru, kas līdzīga poliētersulfona (PES) struktūrai, kas ne tikai ieviesa aktīvās aminogrupas, bet arī uzlaboja sistēmas termisko stabilitāti. Dažādas mijiedarbības, piemēram, ķīmiskā saite, ūdeņraža saite, polārā pievilcība, van der Vālsa spēki un mehāniskā bloķēšana, var panākt spēcīgu saikni starp izmēru aģentu GO, CF un PES matricu, kā rezultātā saskarnes īpašības uzlabojas par 74,1%. no CF/PES kompozītmateriāliem.
4. Poliimīda (PI) izmēra noteikšanas līdzeklis
Poliimīdi (PI) ir augstas veiktspējas polimēri, kuru molekulārajā mugurkaulā ir imīda gredzeni. Tiem ir ļoti stingra ķēdes struktūra un lieliskas mehāniskās īpašības, padarot tos par vienu no visaugstākās temperatūras polimēru materiāliem. PI ir atraduši plašu pielietojumu kosmosa, militārā aprīkojuma, elektronisko sakaru un citās jomās. Starp tiem poliētera imīda (PEI) līmvielas, kas satur elastīgas ētera saites, pēdējos gados ir ieguvušas ievērojamu uzmanību kā augstas temperatūras līmvielas, pateicoties to izcilajai termiskajai stabilitātei, uzlabotai elastībai, labākai šķīdībai un saderībai ar termoplastiskajiem sveķiem.
PI līmēšanas līdzekļi var izturēt augstu temperatūru, atbilstot augstas veiktspējas termoplastisko sveķu kompozītmateriālu (piemēram, CF/PES un CF/PEEK kompozītmateriālu) formēšanas un lietošanas nosacījumiem. Tomēr līdzīgi kā poliarilētera līmeņos, PI stingrās un stabilās molekulārās struktūras dēļ ir zema saistīšanās spēja ar oglekļa šķiedrām (CF) un slikta apstrādājamība, tādēļ nepieciešama ķīmiska modifikācija.
PI izmēra aģenta modifikācija tika veikta, izmantojot nanodaļiņas, izkliedējot daudzsienu oglekļa nanocaurules (MWCNT) PEI dihlormetāna šķīdumā. Izmantojot šķīdinātāja metodi, tika apstrādāta T300 klases CF auduma virsma. Pētījumi atklāja, ka MWCNT jauktajā mērīšanas aģentā efektīvi ieviesa lielu skaitu aktīvo grupu un varēja vienmērīgi pārklāt šķiedras virsmu. Pēc lieluma noteikšanas imīda gredzeni PEI varēja veidot polāras mijiedarbības un ūdeņraža saites ar hidroksilgrupām un karboksilgrupām uz MWCNT virsmas, savukārt π-π sakraušanas mijiedarbība notika starp MWCNT aromātiskajiem gredzeniem un PEEK matricas sveķiem. Šī modifikācija ievērojami kavēja plaisu izplatīšanos, kā rezultātā kompozītmateriāla starpslāņu bīdes izturība bija 90,7 MPa.
Stingri sakot, poliamīds (PA), poliuretāns (PU), poliarilēteris un poliimīds (PI) ir četras līmēšanas līdzekļu kategorijas, no kurām katra ir pielāgota dažādiem termoplastisko sveķu veidiem. Šīs līmēšanas līdzekļu sistēmas lietošanas laikā parasti tiek pakļautas dažādām modifikācijām, lai efektīvi uzlabotu termoplastisko oglekļa šķiedras kompozītmateriālu veiktspējas raksturlielumus. Turklāt ir svarīgi apsvērt, vai eksperimentālie procesi var radīt būtisku negatīvu ietekmi uz vidi. Lai atrastu optimālus risinājumus, daudzi eksperti un zinātnieki gan vietējā, gan starptautiskā mērogā cenšas noteikt vispiemērotākās pieejas.
