Sợi carbon nhiệt dẻo là một hướng quan trọng cho sự phát triển trong tương lai của ngành công nghiệp sợi carbon. Do tính chất cơ học cao và đặc tính xử lý có thể định hình lại, nó có thể đóng vai trò lớn hơn trong việc xử lý và tái sử dụng các sản phẩm sợi carbon nhiệt dẻo. Sợi carbon nhiệt dẻo thích hợp cho các lĩnh vực cao cấp như hàng không vũ trụ và hàng không. Nó có khả năng chịu nhiệt độ cao tốt hơn và các kịch bản ứng dụng toàn diện hơn. Ở giai đoạn này, không có nhiều loại sợi carbon nhiệt dẻo có thể được điều chế theo mẻ, bao gồm CF/PEEK, CF/PPS, CF/PA, v.v.
Để đáp ứng nhu cầu sử dụng thực tế của ngành hàng không vũ trụ và các ngành công nghiệp khác, các vật liệu composite nói trên có thể cần phải được sửa đổi ở một mức độ nhất định, chẳng hạn như tăng độ dẻo dai của chúng. Nếu bạn muốn tăng độ dẻo dai của vật liệu tổng hợp nhựa nhiệt dẻo, bạn có thể bắt đầu từ nhiều khía cạnh, chẳng hạn như thêm chất làm cứng hoặc thêm các chất gia cố khác. Bạn cũng có thể sử dụng các phương pháp vật lý hoặc hóa học để sửa đổi và làm cứng bề mặt sợi carbon. Bạn cũng có thể cải thiện quá trình đúc. Việc điều chỉnh phát huy tác dụng làm cứng của vật liệu composite.
1. Pha trộn và làm cứng chất làm cứng: Trong sửa đổi vật liệu composite, sửa đổi pha trộn vật lý là phương pháp sửa đổi đơn giản nhất và được sử dụng phổ biến nhất. Các tính chất của vật liệu tổng hợp sợi carbon nhiệt dẻo có liên quan chặt chẽ đến trạng thái liên kết giao diện giữa sợi carbon và ma trận nhựa nhiệt dẻo. Để tăng độ dẻo dai của vật liệu composite, có thể thêm một chất làm cứng nhất định để cải thiện hiệu ứng liên kết giao diện của vật liệu và tăng cường độ dẻo dai của vật liệu composite.
Maleic anhydrit (MAH) có thể phản ứng với polyamit (PA) để tương thích với nó. Cả hai có khả năng tương thích tốt. Do khả năng tương thích tốt của MAH và PA, chất làm cứng có thể được phân tán nhanh chóng vào nền PA. Nghiên cứu cho thấy rằng đối với vật liệu composite PA6/CF, việc bổ sung chất làm cứng POE‑g-MAH có thể cải thiện đáng kể đặc tính va đập của vật liệu composite. Độ bền va đập tăng từ 6,2kJ/m2 lên 9.0kJ/m2 và hiệu quả tăng độ cứng là rõ ràng.
Nhược điểm: Một lượng chất làm cứng hợp lý có thể giúp nâng cao độ dẻo dai của vật liệu composite, nhưng việc tăng hàm lượng chất làm cứng có thể dẫn đến các vấn đề như kích thước hạt quá lớn và giảm hiệu ứng phân tán, ảnh hưởng đến các tính chất cơ học khác của vật liệu, do đó cần phải điều chỉnh được kiểm soát. Việc bổ sung chất làm cứng phù hợp.
2. Gia cố lai tăng cường: Ngoài sợi carbon và nhựa nhiệt dẻo, các vật liệu gia cố khác như sợi thủy tinh (GF), sợi aramid (AF) và ống nano carbon, được thêm vào vật liệu composite sợi carbon nhiệt dẻo để cải thiện sợi carbon nhiệt dẻo Độ dẻo dai của vật liệu composite cũng có thể đạt được hiệu quả làm cứng.
Các thí nghiệm cho thấy CF, GF và POE‑g‑MAH sẽ được thêm vào PA66 để chuẩn bị vật liệu PA66 được gia cố bằng hỗn hợp sợi lai/POE‑g‑MAH. Khi lượng bổ sung sợi thủy tinh là 15%, hiệu quả làm cứng là tốt nhất, tốt hơn CF. Chỉ riêng cường độ va đập của chất làm đầy đã tăng 34,02% và hiệu quả cải thiện là rõ ràng. Khi chuẩn bị vật liệu composite CF/PET, sợi aramid được phủ vào đó để biến tính. Độ bền va đập của vật liệu composite được cải thiện đáng kể. Độ bền va đập của vật liệu composite tăng 65,8% với một lớp phủ và 45,6% với hai lớp phủ. Hiệu quả làm cứng được cải thiện đáng kể.
Một số nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các ưu điểm của hai vật liệu gia cố là ống nano CF và halloysite (HNTs) đã được kết hợp để nghiên cứu ảnh hưởng của việc tăng cường và tăng cường hiệp lực của HNT và CF trên PA6. Kết quả kiểm tra tính chất cơ học cho thấy PA6/30%CF/10%HNTs có cường độ va đập tối đa là 8,9kJ/m2, HNTs có tác dụng làm dẻo trên vật liệu composite PA6/CF, còn HNT và CF có tác dụng hiệp đồng trong việc làm cứng.
3. Xử lý bề mặt sợi carbon: Sợi carbon không biến tính dễ gãy, có độ trơ bề mặt mạnh và thiếu các nhóm hoạt động, dẫn đến khả năng tương thích kém giữa sợi carbon và ma trận nhựa nhiệt dẻo, cấu trúc giao diện và hiệu suất bị ảnh hưởng. Bằng cách xử lý bề mặt sợi carbon, hoạt động hóa học bề mặt, năng lượng tự do bề mặt hoặc độ nhám bề mặt của nó có thể tăng lên, điều này có thể giúp cải thiện mức độ làm ướt giữa sợi carbon và ma trận nhựa nhiệt dẻo, từ đó cải thiện hiệu suất tổng thể của vật liệu composite, bao gồm cả chính nó. sự dẻo dai. Có nhiều cách để xử lý bề mặt sợi carbon, bao gồm xử lý chất định cỡ, biến đổi vật lý bề mặt và biến đổi hóa học bề mặt.
Việc cải thiện các đặc tính bề mặt của vật liệu composite bằng các tác nhân định cỡ có thể đạt được thông qua các hiệu ứng vật lý như sự thấm và bám dính, cũng như các hiệu ứng hóa học thông qua sự kết hợp của một số lượng lớn các nhóm hoạt động trên bề mặt sợi carbon với ma trận để tạo ra cộng hóa trị. trái phiếu. Dữ liệu thực nghiệm cho thấy các nguyên liệu thô như axit adipic được ngưng tụ nóng chảy để tạo thành copolyamit dẻo nhiệt, được tạo thành chất hồ (co-PA) để biến đổi vật liệu composite PA6/CF. Ở hàm lượng chất hồ tối ưu là 4%, độ bền cắt bề mặt (IFSS) của vật liệu composite đạt 37,6MPa, cao hơn 43,76% so với PA6/CF không định cỡ.
Các phương pháp biến đổi vật lý khác cho bề mặt sợi carbon bao gồm phân tán siêu âm, xử lý chất hoạt động bề mặt và lắng đọng điện hóa. Dữ liệu thực nghiệm cho thấy rằng polydiallyldimethylammonium clorua (PDDA) đã được sử dụng để biến đổi graphene oxit (P-SG) và trộn với CF để xử lý siêu âm, do đó P-SG đã được gắn thành công vào bề mặt CF để thu được vật liệu tổng hợp PA6/C-SG. Kết luận là độ bền va đập của vật liệu composite biến tính tăng đáng kể khi hàm lượng sợi carbon tăng lên. Khi hàm lượng sợi carbon là 13%, cường độ va đập là 36,52kJ/m2 và hiệu suất va đập tăng 113,17%.
Biến đổi hóa học bề mặt sợi carbon là đưa sợi carbon vào môi trường dung dịch và biến đổi có chọn lọc bề mặt vật liệu để tạo ra nhiều nhóm hoạt động hơn và tăng lực liên kết giao diện; hoặc sử dụng các dung môi khác để cải thiện độ nhám của bề mặt CF nhằm kiểm soát tính chất hóa học bề mặt, trong đó phương pháp tác nhân ghép là một trong những phương pháp biến đổi hóa học được sử dụng phổ biến hơn. Số liệu thực nghiệm cho thấy khi bề mặt sợi carbon được biến đổi hóa học bằng chất liên kết silane (KH550) để chế tạo vật liệu composite PA6/CF, kết quả thử nghiệm tác động không khía cho thấy khi hàm lượng sợi carbon biến tính là 20%, cường độ va đập không ghi dấu của PA6/CF đạt giá trị tối đa (18,5±0,6) kJ/m2, cao hơn 52% so với hàm lượng chưa được xử lý tương ứng.
4. Kiểm soát quá trình gia công và đúc: Quá trình đúc và gia công tấm composite sợi carbon nhiệt dẻo và công nghệ kết nối thành phần vật liệu cũng là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chất vật liệu cuối cùng. Bằng cách kiểm soát nhiệt độ đúc, áp suất đúc, v.v. trong quá trình đúc vật liệu, có thể kiểm soát tình trạng liên kết giao diện của vật liệu composite và có thể thay đổi hiệu suất giao diện.
Nhiệt độ đúc càng cao, độ nhớt của ma trận nhựa càng thấp, tính lưu động càng tốt, sự thẩm thấu của sợi carbon càng hoàn thiện và diện tích tiếp xúc giao diện càng tăng. Do đó, trong cùng một chiều dài mở rộng vết nứt, giá trị tải trọng cần thiết để mẫu bị rách càng lớn, nghĩa là I Độ bền đứt gãy giữa các lớp càng cao. Về áp suất đúc, dưới áp suất cao, do cản trở chuyển động của chuỗi phân tử, nhựa và ma trận không thể thẩm thấu tốt hơn nên cần phải chọn điều kiện đúc áp suất thích hợp. Tốc độ làm mát thích hợp cũng có thể cải thiện độ dẻo dai của vật liệu composite.
Ngoài ra, các phương pháp đúc khác nhau cũng có tác động đáng kể đến cơ tính cuối cùng và các tính chất khác của vật liệu. Dữ liệu thực nghiệm cho thấy vật liệu composite ABS/CF sử dụng quy trình ép đùn/ép phun và quy trình ép phun/nhựa nhiệt dẻo sợi dài (LFT) đã được so sánh và ảnh hưởng của hai quy trình đến sự phân bố chiều dài sợi, độ bền kéo, va đập và các tính chất khác của vật liệu đã được so sánh. Ảnh hưởng. Kết quả cho thấy chiều dài CF tối thiểu trong vật liệu tổng hợp ABS/L-CF xấp xỉ 3 lần chiều dài sợi tối đa trong vật liệu tổng hợp ABS/E-CF. Độ bền va đập của ABS/L‑CF cao hơn khoảng 105%~155% so với ABS/ECF.
Nghiên cứu về vật liệu tổng hợp sợi carbon nhiệt dẻo trong và ngoài nước chưa bao giờ dừng lại, và việc tăng độ dẻo dai chỉ là một trong những hướng nghiên cứu. Là một loại vật liệu composite mới tiên tiến, sợi carbon nhiệt dẻo có tiềm năng rất lớn nhưng việc biến nó thành vật liệu hỗ trợ công nghiệp cũng khó khăn không kém. Nếu các đặc tính của sợi carbon nhiệt dẻo muốn được đưa vào ứng dụng một cách hoàn thiện và hoàn thiện hơn thì việc nghiên cứu theo các hướng như độ cứng là không thể thiếu. Chỉ khi nền tảng đủ vững chắc thì sự phát triển của ngành sợi carbon mới đủ vững chắc.
