Lima arah komposit resin termoplastik gentian karbon diubah suai.
Gentian karbon ialah bahan berprestasi tinggi yang jarang ditemui, dan penyelidikan mengenainya bermula lebih satu abad yang lalu. Hari ini, teknologi dan pembangunan industri gentian karbon telah mendapat sokongan daripada banyak negara di seluruh dunia. Serat karbon itu sendiri lembut dan sukar dibentuk; oleh itu, mengubah suai dan menggabungkannya dengan substrat seperti plastik, resin, logam dan seramik boleh menghasilkan prestasi keseluruhan yang unggul dan struktur stabil yang memenuhi keperluan aplikasi industri.
Resin diubah suai gentian karbon ialah jenis bahan komposit yang agak berjaya, dengan komposit gentian karbon termoset menjadi pilihan arus perdana hari ini. Resin yang digunakan termasuk resin epoksi dan resin fenolik, antara lain. Penyepaduan resin termoplastik dengan gentian karbon adalah mencabar; walau bagaimanapun, prestasi keseluruhan adalah lebih baik, menjadikannya hala tuju penting untuk pembangunan masa depan industri gentian karbon. Di bawah tahap teknologi perindustrian semasa, kemajuan ketara telah dicapai dalam penyelidikan komposit resin termoplastik diubah suai gentian karbon. Banyak komposit termoplastik bertetulang gentian karbon berterusan berprestasi tinggi telah berjaya dibangunkan, seperti pita satu arah CF/PPS dan CF/PEEK yang dihasilkan oleh Bahan Baharu Zhishang.
1. Komposit Resin Polipropilena Terubah Suai Serat Karbon
Polipropilena (PP) ialah bahan polimer yang paling banyak digunakan dalam bidang seperti automotif dan perkakas rumah, dengan pengeluaran tahunan di China melebihi 1 juta tan. Mengubah suai resin polipropilena dengan gentian karbon boleh meningkatkan kekuatan dan ketegaran bahan komposit dengan ketara. Di samping itu, penggabungan gentian karbon juga mempunyai kesan yang besar terhadap kebolehliran dan kehabluran bahan PP.
Bahan PP yang diubah suai gentian karbon biasanya diproses menggunakan teknik pengadunan cair, yang kebanyakannya merangkumi dua kaedah pemprosesan: penyemperitan skru berkembar dan tetulang gentian panjang. Sifat bahan yang diubah suai dipengaruhi oleh faktor seperti jumlah gentian karbon yang ditambah, panjang gentian, penyerasi, dan rawatan permukaan gentian.
Pada masa ini, komposit PP bertetulang gentian panjang telah digunakan secara meluas dalam sektor seperti industri automotif dan marin. Walau bagaimanapun, disebabkan keserasian yang lemah antara matriks PP dan gentian karbon, mencapai prestasi mekanikal yang tinggi dalam komposit memerlukan proses rawatan permukaan yang kompleks untuk gentian karbon, yang meningkatkan dengan ketara kedua-dua kos pemprosesan dan kesukaran.
2. Komposit Resin Polivinil Klorida Terubah Suai Serat Karbon
Polivinil klorida (PVC) ialah salah satu resin tujuan am yang paling banyak dihasilkan di China, dengan kelebihan utama termasuk kos rendah, sifat penebat elektrik yang baik, rintangan kimia yang sangat baik, dan proses pengacuan yang mudah. Walau bagaimanapun, beberapa kelemahan yang wujud seperti keliatan yang lemah, kekuatan impak yang rendah dan kestabilan terma, dan prestasi pemprosesan yang lemah mengehadkan penggunaannya dalam bidang dengan keperluan yang ketat.
Bahan PVC yang diubah suai gentian karbon dengan berkesan boleh meningkatkan kekuatan tegangan, kekerasan permukaan, dan kekuatan lenturan matriks PVC, menjadikannya sesuai untuk pengeluaran pelbagai kepingan PVC dan paip.
Keserasian antara filamen gentian karbon dan matriks PVC adalah lebih baik, menghasilkan kekuatan tegangan, kekuatan lentur dan kekuatan hentaman yang lebih baik dengan ketara berbanding dengan matriks PVC. Oleh kerana kestabilan terma matriks PVC yang lemah, kaedah pemprosesan seperti rendaman cair atau pengadunan boleh menyebabkan degradasi matriks dengan mudah. Oleh itu, bahan PVC yang diubah suai gentian karbon biasanya diproses menggunakan teknik laminasi.
3. Komposit Resin Polikarbonat Terubah Suai Gentian Karbon
Polikarbonat (PC) ialah plastik kejuruteraan yang digunakan secara meluas yang terkenal dengan kekuatan impak yang tinggi dan ketelusan yang baik. Apabila gentian karbon dikompaun dengan PC, ia boleh meningkatkan lagi pelbagai sifat PC dan mengembangkan bidang aplikasinya.
Penyelidikan telah menunjukkan bahawa apabila jumlah gentian karbon yang ditambah adalah di bawah 20%, terdapat peningkatan yang ketara dalam kekuatan tegangan, kekuatan lenturan dan modulus lenturan bahan. Kekuatan hentaman mencapai maksimum apabila kandungan gentian karbon adalah sekitar 6%. Apabila kandungan gentian karbon adalah antara 10% dan 20%, kerintangan permukaan bahan boleh mencapai 8×10^9 Ω·cm, memberikan sifat antistatik yang sangat baik.
Komposit polikarbonat (PC) dengan gentian karbon juga boleh memberikan sifat perisai elektromagnet kepada matriks polimer; bagaimanapun, kecekapan perisai tidak begitu tinggi. Untuk mencapai keberkesanan perisai yang diperlukan bagi bahan perisai elektromagnet standard, adalah perlu untuk menambah gentian atau serbuk logam kekonduksian tinggi yang lain. Gentian karbon atau gentian karbon bersalut logam, apabila digabungkan dengan serbuk logam, graphene, karbon hitam konduktif, dsb., boleh memainkan peranan merapatkan dalam bahan komposit, dengan itu meningkatkan prestasi pelindung elektromagnet.
4. Komposit Resin Poliamida Terubah Suai Serat Karbon
Poliamida (PA) ialah plastik kejuruteraan yang sangat baik, tetapi disebabkan kehablurannya yang tinggi dan penyerapan lembapan yang ketara, kestabilan dimensi produk yang diperbuat daripada bahan ini adalah lemah, dan kekuatan serta kekerasannya tidak sepadan dengan logam. Dalam aplikasi praktikal, bahan ini sering memerlukan tetulang dengan gentian kaca atau gentian karbon.
Selepas diperkukuh dan diubah suai dengan gentian karbon, sifat mekanikal PA boleh dipertingkatkan. Bahan yang diubah suai boleh berfungsi sebagai bahan struktur untuk menanggung beban dan sebagai bahan berfungsi. Pada masa ini, kebanyakan penyelidikan mengenai PA yang diubah suai gentian karbon memberi tumpuan kepada kesan pengubahsuaian permukaan gentian karbon pada antara muka dan prestasi komposit.
Kajian telah menunjukkan bahawa rawatan pengoksidaan permukaan gentian karbon meningkatkan kekuatan ikatan antara gentian karbon dan PA1010. Apabila pecahan isipadu gentian karbon meningkat, kekuatan tegangan dan kekerasan Rockwell komposit pada mulanya meningkat dan kemudian berkurangan. Apabila pecahan isipadu gentian karbon mencapai 20%, kekuatan tegangan bahan mencapai nilai maksimumnya. Selain itu, pekali geseran bahan berkurangan dengan peningkatan pecahan volum gentian karbon, menstabilkan sekitar 0.24 apabila pecahan volum gentian karbon mencapai 20%.
5. Komposit Plastik Kejuruteraan Khas yang diubah suai gentian karbon
Plastik kejuruteraan khas merujuk kepada plastik yang mempunyai prestasi keseluruhan yang lebih tinggi dan suhu perkhidmatan jangka panjang melebihi 150 darjah . Bahan-bahan ini terutamanya termasuk PEEK, PPS, TPI, dan lain-lain. Kebanyakan plastik kejuruteraan khas boleh berfungsi sebagai bahan matriks untuk komposit termoplastik yang diperkukuh dengan gentian kaca, gentian karbon dan gentian aramid. Plastik kejuruteraan khas bertetulang gentian karbon mempunyai sifat mekanikal yang sangat baik dan prestasi pemprosesan, membolehkan mereka menggantikan sepenuhnya resin tetapan termo atau bahkan logam dalam aplikasi seperti aeroangkasa, marin dan bidang perubatan.
A. Keton Eter Polieter Bertetulang Gentian Karbon (PEEK)kini merupakan termoplastik tahan suhu tertinggi, dengan suhu penggunaan jangka panjang sehingga 250 darjah . Walaupun pada suhu setinggi 300 darjah, ia mengekalkan sifat mekanikal yang sangat baik. PEEK yang diubah suai gentian karbon bukan sahaja meningkatkan kekuatan dan ketegaran bahan tetapi juga memberikan ciri kekonduksian dan rintangan haus.
B. Polimida Termoplastik (TPI)mempamerkan kestabilan haba yang luar biasa, bersama-sama dengan rintangan hentaman yang sangat baik, rintangan sinaran dan rintangan pelarut. Selain itu, jenis bahan ini menunjukkan rintangan haus yang luar biasa dalam persekitaran yang melampau yang dicirikan oleh suhu tinggi, tekanan yang berbeza-beza dan kelajuan tinggi. Penggunaan tetulang gentian karbon boleh meningkatkan lagi prestasi bahan-bahan ini dan mengembangkan julat penggunaannya.
C. Polifenilen Sulfida (PPS)ialah resin termoplastik separa kristal yang terkenal dengan sifat mekanikal yang sangat baik, rintangan kimia dan ciri pemadaman sendiri. Selain itu, jenis bahan ini menunjukkan keserasian yang baik dengan mineral tak organik dan gentian organik, menjadikannya sesuai untuk penyediaan pelbagai komposit dengan kandungan pengisi yang tinggi. Komposit PPS gentian karbon termoplastik mempamerkan sifat mekanikal yang baik dan rintangan pelarut yang sangat baik. Prestasi ikatan antara PPS dan gentian karbon juga sangat baik; bagaimanapun, semua sifat mekanikal dipengaruhi dengan ketara oleh pecahan isipadu fabrik gentian karbon. Apabila pecahan isipadu fabrik gentian karbon adalah di bawah 50%, semua sifat mekanikal komposit bertambah baik dengan ketara dengan peningkatan pecahan volum fabrik gentian karbon.
Jenis resin termoplastik yang berbeza mempamerkan tahap prestasi yang berbeza-beza apabila disepadukan dengan gentian karbon, dan terdapat juga perbezaan dalam penyediaan dan pemprosesan seterusnya. Hanya melalui percubaan berterusan penyelesaian optimum boleh ditemui, memacu keseluruhan industri gentian karbon ke peringkat seterusnya. Pada masa ini, beberapa komposit gentian karbon termoplastik, seperti CF/PPS dan CF/PEEK, telah ditunjukkan untuk menunjukkan prestasi yang baik dari segi prestasi, pengeluaran dan kitar semula, menjadikannya kawasan penting untuk penyelidikan dan pembangunan yang mendalam dalam jangka pendek. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, Bahan Baharu Zhi Shang telah berusaha untuk mengintegrasikan gentian karbon berterusan dengan lebih baik dengan resin termoplastik ini untuk mencipta pita satu arah dengan bentuk fizikal yang lebih stabil dan sifat mekanikal yang unggul. Dengan kemajuan dalam teknologi dan pelarasan peralatan, keupayaan untuk pengeluaran besar-besaran produk tersebut telah diwujudkan.
