Karbon fiberle modifiye edilmiş termoplastik reçine kompozitlerinin beş yönü.
Karbon fiber nadir görülen yüksek performanslı bir malzemedir ve bunun üzerine araştırmalar bir asırdan fazla bir süre önce başlamıştır. Günümüzde karbon elyafın teknolojisi ve endüstriyel gelişimi dünyanın birçok ülkesinden destek almaktadır. Karbon fiberin kendisi yumuşaktır ve şekillendirilmesi zordur; bu nedenle onu değiştirmek ve plastik, reçine, metal ve seramik gibi alt tabakalarla birleştirmek, endüstriyel uygulama gereksinimlerini karşılayan üstün genel performans ve kararlı yapılar sağlayabilir.
Karbon fiberle modifiye edilmiş reçineler nispeten başarılı bir kompozit malzeme türüdür; ısıyla sertleşen karbon fiber kompozitler günümüzde ana seçimdir. Kullanılan reçineler arasında epoksi reçineler ve fenolik reçineler yer alır. Termoplastik reçinelerin karbon fiberle entegrasyonu zorludur; ancak genel performansın daha iyi olması, onu karbon elyaf endüstrisinin gelecekteki gelişimi için önemli bir yön haline getiriyor. Mevcut endüstriyel teknoloji seviyesi altında, karbon fiberle modifiye edilmiş termoplastik reçine kompozitlerinin araştırmalarında önemli ilerleme kaydedilmiştir. Zhishang New Materials tarafından üretilen CF/PPS ve CF/PEEK tek yönlü bantlar gibi çok sayıda yüksek performanslı sürekli karbon fiber takviyeli termoplastik kompozitler halihazırda başarıyla geliştirildi.
1.Karbon Fiber Modifiye Polipropilen Reçine Kompozitleri
Polipropilen (PP), Çin'de yıllık üretimi 1 milyon tonu aşan, otomotiv ve beyaz eşya gibi alanlarda en yaygın kullanılan polimer malzemedir. Polipropilen reçinenin karbon fiberle modifiye edilmesi, kompozit malzemenin mukavemetini ve sertliğini önemli ölçüde artırabilir. Ayrıca karbon fiberin eklenmesinin PP malzemelerin akışkanlığı ve kristalliği üzerinde de önemli bir etkisi vardır.
Karbon fiberle modifiye edilmiş PP malzemeleri tipik olarak eriyik harmanlama teknikleri kullanılarak işlenir; bu teknikler esas olarak iki işleme yöntemini içerir: çift vidalı ekstrüzyon ve uzun elyaf takviyesi. Modifiye edilmiş malzemelerin özellikleri, eklenen karbon fiber miktarı, fiber uzunluğu, uyumlaştırıcılar ve fiberlerin yüzey işlemi gibi faktörlerden etkilenir.
Günümüzde uzun elyaf takviyeli PP kompozitler otomotiv ve denizcilik endüstrileri gibi sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak PP matris ile karbon fiber arasındaki zayıf uyumluluk nedeniyle kompozitlerde yüksek mekanik performans elde etmek, karbon fiber için karmaşık yüzey işleme süreçlerini gerektirir, bu da hem işlem maliyetlerini hem de zorluğu önemli ölçüde artırır.
2.Karbon Fiber Modifiye Polivinil Klorür Reçine Kompozitleri
Polivinil klorür (PVC), düşük maliyet, iyi elektriksel yalıtım özellikleri, mükemmel kimyasal direnç ve basit kalıplama işlemleri gibi önemli avantajlara sahip, Çin'de en yaygın olarak üretilen genel amaçlı reçinelerden biridir. Bununla birlikte, zayıf tokluk, düşük darbe mukavemeti ve termal stabilite ve zayıf işleme performansı gibi bazı doğal dezavantajlar, katı gereksinimleri olan alanlardaki uygulamasını sınırlamaktadır.
Karbon fiberle modifiye edilmiş PVC malzemeler, PVC matrisinin çekme mukavemetini, yüzey sertliğini ve bükülme mukavemetini etkili bir şekilde artırabilir, bu da onları çeşitli PVC levha ve boruların üretimi için uygun hale getirir.
Karbon fiber filamanlar ile PVC matris arasındaki uyumluluk daha iyidir, bu da PVC matrisle karşılaştırıldığında önemli ölçüde geliştirilmiş çekme mukavemeti, bükülme mukavemeti ve darbe mukavemeti sağlar. PVC matrisinin zayıf termal stabilitesi nedeniyle, eriyik daldırma veya harmanlama gibi işleme yöntemleri, matrisin kolaylıkla bozulmasına yol açabilir. Bu nedenle karbon fiberle modifiye edilmiş PVC malzemeler tipik olarak laminasyon teknikleri kullanılarak işlenir.
3.Karbon Fiber Modifiye Polikarbonat Reçine Kompozitleri
Polikarbonat (PC), yüksek darbe dayanımı ve iyi şeffaflığıyla bilinen, yaygın olarak kullanılan bir mühendislik plastiğidir. Karbon fiber PC ile birleştirildiğinde PC'nin çeşitli özelliklerini daha da geliştirebilir ve uygulama alanlarını genişletebilir.
Araştırmalar, eklenen karbon fiber miktarı %20'nin altında olduğunda malzemenin çekme mukavemetinde, bükülme mukavemetinde ve bükülme modülünde önemli bir artış olduğunu göstermiştir. Karbon fiber içeriği %6 civarında olduğunda darbe dayanımı maksimuma ulaşır. Karbon fiber içeriği %10 ila %20 arasında olduğunda, malzemenin yüzey direnci 8×10^9 Ω·cm'ye ulaşabilir ve mükemmel antistatik özellikler sağlar.
Polikarbonatın (PC) karbon fiberle bileşimi aynı zamanda polimer matrisine elektromanyetik koruma özellikleri de kazandırabilir; ancak ekranlama verimliliği çok yüksek değildir. Standart elektromanyetik koruyucu malzemelerin gerekli koruyucu etkinliğini elde etmek için, diğer yüksek iletkenliğe sahip metal elyafların veya tozların eklenmesi gerekir. Karbon fiber veya metal kaplı karbon fiber, metal tozları, grafen, iletken karbon siyahı vb. ile birleştirildiğinde kompozit malzemede köprü görevi görebilir ve böylece elektromanyetik koruma performansını artırabilir.
4.Karbon Fiber Modifiye Poliamid Reçine Kompozitleri
Poliamid (PA) mükemmel bir mühendislik plastiğidir, ancak yüksek kristalliği ve önemli nem emilimi nedeniyle bu malzemeden yapılan ürünlerin boyutsal stabilitesi zayıftır ve mukavemeti ve sertliği metallerinkiyle eşleşmez. Pratik uygulamalarda bu malzemeler sıklıkla cam elyafı veya karbon elyafı ile takviye gerektirir.
Karbon fiber ile güçlendirildikten ve değiştirildikten sonra PA'nın mekanik özellikleri büyük ölçüde geliştirilebilir. Modifiye edilmiş malzeme hem yükleri taşıyacak yapısal bir malzeme hem de fonksiyonel bir malzeme olarak hizmet edebilir. Şu anda, karbon fiberle modifiye edilmiş PA üzerine yapılan çoğu araştırma, karbon fiberlerin yüzey modifikasyonunun kompozitlerin arayüzü ve performansı üzerindeki etkilerine odaklanmaktadır.
Çalışmalar, karbon fiber yüzeyinin oksidasyon işleminin, karbon fiber ile PA1010 arasındaki bağlanma gücünü arttırdığını göstermiştir. Karbon fiberin hacim oranı arttıkça kompozitin çekme mukavemeti ve Rockwell sertliği başlangıçta artar ve daha sonra azalır. Karbon elyafın hacim oranı %20'ye ulaştığında malzemenin çekme mukavemeti maksimum değerine ulaşır. Ek olarak, malzemenin sürtünme katsayısı, karbon fiberin hacim oranının artmasıyla azalmakta, karbon fiberin hacim oranı %20'ye ulaştığında 0,24 civarında sabitlenmektedir.
5.Karbon Fiber Modifiye Özel Mühendislik Plastik Kompozitleri
Özel mühendislik plastikleri, genel performansı daha yüksek ve uzun süreli servis sıcaklıkları 150 derecenin üzerinde olan plastikleri ifade eder. Bu malzemeler esas olarak PEEK, PPS, TPI ve diğerlerini içerir. Özel mühendislik plastiklerinin çoğu, cam elyafı, karbon elyafı ve aramit elyafı ile güçlendirilmiş termoplastik kompozitler için matris malzemesi olarak kullanılabilir. Karbon fiber takviyeli özel mühendislik plastikleri, mükemmel mekanik özelliklere ve işleme performansına sahip olup, havacılık, denizcilik ve tıp alanları gibi uygulamalarda ısıyla sertleşen reçinelerin ve hatta metallerin tamamen yerini almalarına olanak tanır.
A. Karbon Elyaf Takviyeli Polieter Eter Keton (PEEK)Şu anda 250 dereceye kadar uzun süreli kullanım sıcaklığına sahip en yüksek sıcaklığa dayanıklı termoplastiktir. 300 dereceye kadar çıkan sıcaklıklarda bile çok iyi mekanik özelliklerini korur. Karbon fiberle modifiye edilmiş PEEK, yalnızca malzemenin mukavemetini ve sertliğini arttırmakla kalmaz, aynı zamanda iletkenlik ve aşınma direnci özelliklerini de kazandırır.
B. Termoplastik Polimid (TPI)Mükemmel darbe direnci, radyasyon direnci ve solvent direncinin yanı sıra olağanüstü termal stabilite sergiler. Üstelik bu tür malzeme, yüksek sıcaklıklar, değişen basınçlar ve yüksek hızlarla karakterize edilen aşırı ortamlarda olağanüstü aşınma direnci gösterir. Karbon fiber takviyesinin uygulanması bu malzemelerin performansını daha da artırabilir ve uygulama alanlarını genişletebilir.
C. Polifenilen Sülfür (PPS)mükemmel mekanik özellikleri, kimyasal direnci ve kendi kendine sönme özellikleriyle bilinen yarı kristal termoplastik bir reçinedir. Ek olarak, bu tip malzeme inorganik mineraller ve organik liflerle iyi uyumluluk göstererek, onu yüksek dolgu içeriğine sahip çeşitli kompozitlerin hazırlanmasına uygun hale getirir. Termoplastik karbon fiber PPS kompozitleri iyi mekanik özellikler ve mükemmel solvent direnci sergiler. PPS ile karbon fiber arasındaki bağlanma performansı da mükemmeldir; ancak tüm mekanik özellikler, karbon fiber kumaşın hacim oranından önemli ölçüde etkilenir. Karbon fiber kumaşın hacim oranı %50'nin altında olduğunda, kompozitin tüm mekanik özellikleri, karbon fiber kumaşın hacim oranının artmasıyla önemli ölçüde iyileşir.
Farklı termoplastik reçine türleri, karbon fiber ile entegre edildiğinde değişen derecelerde performans sergiler ve ayrıca hazırlama ve sonraki işlemlerde de farklılıklar vardır. Tüm karbon elyaf endüstrisini bir sonraki aşamaya taşıyan en uygun çözümler ancak sürekli denemelerle bulunabilir. Şu anda, CF/PPS ve CF/PEEK gibi çeşitli termoplastik karbon fiber kompozitlerin performans, üretim ve geri dönüşüm açısından iyi performans gösterdiği gösterilmiştir ve bu da onları kısa vadede derinlemesine araştırma ve geliştirme için önemli alanlar haline getirmektedir. Son yıllarda Zhi Shang New Materials, daha istikrarlı fiziksel formlara ve üstün mekanik özelliklere sahip tek yönlü bantlar oluşturmak için sürekli karbon fiberleri bu termoplastik reçinelerle daha iyi entegre etmek için çalışıyor. Teknoloji ve ekipman ayarlamalarındaki ilerlemeler sayesinde bu tür ürünlerin seri üretimine yönelik yetenek oluşturulmuştur.
