Termoplastik karbon fiberin hazırlanmasında endüstri genellikle bu dört haşıl maddesini kullanır.
Termoplastik karbon fiber kompozitlerin hazırlanmasında, sonraki işlemlerde daha iyi bir infiltrasyon ve bağlanma etkisi sağlamak için karbon fiber ile termoplastik reçine arasındaki arayüzey bağlanma kuvveti konusunun ele alınması gerekir. Haşıl ajanları bu konuda önemli bir rol oynamaktadır. Bununla birlikte, farklı termoplastik matris malzemeleri değişen fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptir, dolayısıyla özel kullanım gereksinimlerini karşılayan farklı türdeki haşıl maddelerini tanımlamak için deneylere ihtiyaç vardır.
Haşıl maddelerinin termoplastik reçine bazlı kompozitlerle uyumluluğunu geliştirmek amacıyla endüstri, haşıl maddeleri ve termoplastik reçineler arasında yakın bir yapısal benzerlik ve güçlü etkileşimler elde etmeyi amaçlayan, farklı termoplastik reçineler için çeşitli yeni haşıl maddeleri üzerinde kapsamlı araştırmalar yürütmüştür. . Çok sayıda deney ve karşılaştırmalı veri değerlendirmesinden sonra, aşağıdaki dört haşıl maddesinin özellikle uygun olduğu bulunmuştur: poliamid (PA), poliüretan (PU), poliarileter ve poliimid (PI).
1.Poliamid (PA) Boyutlandırma Maddesi
Naylon olarak da bilinen poliamid (PA), mükemmel kimyasal stabiliteye, aşınma direncine ve mekanik özelliklere sahiptir. Yaygın olarak özel elyaflarda, mühendislik plastiklerinde ve termoplastik reçine bazlı kompozit matris reçinelerinde kullanılır. PA, termoplastik reçine bazlı kompozitler için bir matris reçinesi olarak yaygın şekilde kullanıldığından, boyutlandırma maddesinin bir bileşeni olarak PA'nın seçilmesi, termoplastik reçine bazlı kompozitlerin arayüzey uyumluluğunu artırabilir.
Solvent bazlı bir haşıllama maddesi, değiştirilmiş PA'nın polioller içinde çözülmesi ve bunun haşılsızlaştırılmış T300 karbon elyafına uygulanmasıyla hazırlandı. Bu, CF/PA66 kompozitlerinin üretilmesine yol açtı. Haşıl maddesi ile naylon 66 matris reçinesi arasındaki iyi uyumluluk, kimyasal bağlanma ve fiziksel adsorpsiyonun sinerjistik etkisi ile sonuçlandı ve kompozitlerin çekme mukavemetini ve darbe mukavemetini sırasıyla %40,87 ve %43,59 oranında başarılı bir şekilde arttırdı.
Ancak bu yöntem, çevre ve üretim güvenliği açısından ciddi tehditler oluşturan önemli miktarda organik solvent gerektirir ve solventlerin kurutulması için enerji tüketimi oldukça fazladır. Bu nedenle, PA haşıl maddesi araştırmasının odağı giderek daha çevre dostu su bazlı haşıl maddesi sistemlerine doğru kaymaktadır. Şu anda, yüzey aktif maddeler kullanılarak stabil dağılmış PA emülsiyonları elde etmek ve hidrofilik modifikasyon yoluyla PA sulu boyutlandırma ajanlarını hazırlamak daha olgun yaklaşımlardır.
2.Poliüretan (PU) Boyutlandırma Maddesi
Poliüretan (PU), benzersiz kimyasal yapısı nedeniyle çeşitli termoplastik reçinelerle iyi uyumluluk ve bağlanma mukavemeti sergiler ve bu da onu bir haşıl maddesi olarak yaygın şekilde uygulanabilir kılar. Üretan ve karbonat yapıları arasındaki benzerlik ve uyumluluklardan yararlanılarak PU, karbon fiber (CF)/termoplastik polikarbonat (PC) kompozitlerindeki fiberlerin solvent yöntemiyle boyutlandırılmasında bir boyutlandırma maddesi olarak kullanılabilir.
Poliüretan (PU) haşıl maddesinin termal stabilitesi mükemmeldir; yalnızca 270 dereceye kadar olan sıcaklıklarda zayıflamaya başlar. Bu, polikarbonat (PC) matrisindeki karbonat yapılarıyla kimyasal bağlanmaya izin vererek kompozitlerin tabakalar arası kayma mukavemetinde 38,1 MPa'dan 62,9 MPa'ya bir artışa neden olur, bu da %65'lik bir iyileşmeyi temsil eder.
Bununla birlikte, çevresel konulara verilen önemin artmasıyla birlikte, solvent bazlı PU haşıllama ajanlarının yerini yavaş yavaş su bazlı haşıllama ajanı sistemleri almaktadır. Emülsiyon dispersiyonu, su bazlı PU haşıllama maddelerinin hazırlanmasında yaygın olarak kullanılan yöntemlerden biridir. Su bazlı emülsiyon PU boyutlandırma maddeleri, 280-300 dereceye ulaşan ısı direnciyle normal sıcaklıkta kurutma koşulları altında altı aya kadar saklanabilir; bu, CF/PA66 kompozitlerinin katmanlar arası kayma mukavemetini 78 MPa'nın üzerine çıkararak daha yüksek bir performans gösterir. önemli bir gelişme.
Poliarileter Boyutlandırma Maddesi
Poliarileterler aromatik halkalar ve eter bağları içeren polimerlerdir. İyi bilinen örnekler arasında polieter eter keton (PEEK), polifenilen sülfür (PPS) ve polietersülfon (PES) yer alır. Sert benzen halkaları ve esnek eter bağlantıları, bu malzemelere mükemmel mekanik ve termal özellikler kazandırırken aynı zamanda bazı sistemlerin kristal olmasına da olanak tanıyarak yüksek sıcaklık ve nemli koşullar altında sürekli kullanıma olanak tanır. Havacılık, elektronik, enerji ve tıp alanlarında yüksek performanslı mühendislik plastikleri ve termoplastik reçineler olarak yaygın şekilde kullanılırlar.
Bununla birlikte, poliarileterlerin sert ve kararlı yapısı birçok avantaj sağlarken aynı zamanda diğer aktif gruplarla reaksiyona girmelerini zorlaştırarak karbon fiberlerle (CF) zayıf arayüzey bağlanmasına yol açar. Bu nedenle, poliarileter sistemlerinin modifiye edilmesi ve bunların CF ve termoplastik matrislerle bağlanma mukavemetini arttırmak için haşıl maddelerinin hazırlanması, ele alınması gereken öncelikli bir sorun haline gelmiştir. Güçlü asit muamelesi, aktif grupların poliarileter moleküllerine dahil edilmesi için etkili bir yöntemdir.
Bir sülfonasyon işlemi kullanılarak, bir haşıl maddesi hazırlamak için sodyum sülfonat yapıları (−SO3Na) PEEK sistemine dahil edildi. Sülfonik gruplar, fiber yüzeyindeki gruplarla hidrojen bağları oluşturabilir ve haşıl maddesi PEEK matrisiyle uyumludur, matris reçinesinin CF'ye ıslanmasını ve sızmasını kolaylaştırır. Kompozit malzemenin tabakalar arası kayma mukavemeti 78,2 MPa'ya ulaştı.
Ek olarak, grafen oksidin (GO) polietersülfonun (PES)kine benzer bir diamin yapısıyla değiştirilmesiyle, yalnızca aktif amino gruplarını tanıtmakla kalmayıp aynı zamanda sistemin termal stabilitesini de geliştiren solvent bazlı bir hibrit boyutlandırma maddesi hazırlandı. Kimyasal bağlanma, hidrojen bağı, polar çekim, van der Waals kuvvetleri ve mekanik kilitleme gibi çeşitli etkileşimler, haşıl maddesi, GO, CF ve PES matrisi arasında güçlü bir bağ oluşturabilir ve bu da arayüzey özelliklerinde %74,1'lik bir iyileşme sağlar. CF/PES kompozitleri.
4.Polimit (PI) Boyutlandırma Maddesi
Poliimidler (PI), moleküler omurgalarında imid halkaları içeren yüksek performanslı polimerlerdir. Oldukça sert bir zincir yapısına ve mükemmel mekanik özelliklere sahiptirler, bu da onları en yüksek sıcaklık derecesine sahip polimer malzemelerden biri yapar. PI'ler havacılık, askeri teçhizat, elektronik iletişim ve diğer alanlarda yaygın uygulamalar bulmuştur. Bunlar arasında, esnek eter bağları içeren polieter imid (PEI) haşıllama maddeleri, olağanüstü termal stabiliteleri, gelişmiş esneklikleri, daha iyi çözünürlükleri ve termoplastik reçinelerle uyumlulukları nedeniyle son yıllarda yüksek sıcaklıkta haşıllama maddeleri olarak büyük ilgi görmüştür.
PI boyutlandırma maddeleri yüksek sıcaklıklara dayanabilir ve yüksek performanslı termoplastik reçine bazlı kompozitlerin (CF/PES ve CF/PEEK kompozitleri gibi) kalıplama ve kullanım koşullarını karşılayabilir. Bununla birlikte, poliarileter haşıllama maddelerine benzer şekilde, PI haşıllama maddelerinin katı ve stabil moleküler yapısı, karbon fiberlerle (CF) düşük bağlanma kapasitesi ve zayıf işlenebilirlik ile sonuçlanır ve kimyasal modifikasyon gerektirir.
PI boyutlandırma maddesinin modifikasyonu, çok duvarlı karbon nanotüplerin (MWCNT) bir PEI diklorometan çözeltisine dağıtılmasıyla nanopartiküller kullanılarak gerçekleştirildi. Bir solvent yöntemi kullanılarak T300 sınıfı CF kumaşın yüzeyi işlemden geçirildi. Araştırma, karışık haşıl maddesindeki MWCNT'nin etkili bir şekilde çok sayıda aktif grup oluşturduğunu ve elyaf yüzeyini eşit şekilde kaplayabildiğini buldu. Boyutlandırmadan sonra, PEI'deki imid halkaları, MWCNT yüzeyindeki hidroksil ve karboksil grupları ile polar etkileşimler ve hidrojen bağları oluşturabilirken, MWCNT'nin aromatik halkaları ile PEEK matris reçinesi arasında π-π istifleme etkileşimleri meydana geldi. Bu değişiklik çatlak ilerlemesini önemli ölçüde önledi ve sonuçta kompozit malzeme için 90,7 MPa'lık bir tabakalar arası kesme mukavemeti elde edildi.
Kesin olarak konuşursak, poliamid (PA), poliüretan (PU), poliarileter ve poliimid (PI), her biri farklı tipte termoplastik reçineler için özel olarak tasarlanmış dört boyutlandırma maddesi kategorisini temsil eder. Bu boyutlandırma maddesi sistemleri tipik olarak, termoplastik karbon fiber kompozitlerin performans özelliklerini etkili bir şekilde geliştirmek için kullanım sırasında çeşitli modifikasyonlara uğrar. Ayrıca deneysel süreçlerin çevre üzerinde önemli olumsuz etkilere neden olup olmayacağının dikkate alınması önemlidir. En uygun çözümleri bulmak için hem yurt içinde hem de yurt dışında çok sayıda uzman ve bilim insanı en uygun yaklaşımları belirlemeye çalışmaktadır.
