Serat karbon termoplastik merupakan arah penting bagi perkembangan masa depan industri serat karbon. Karena sifat mekaniknya yang tinggi dan karakteristik pemrosesan yang dapat dibentuk kembali, ia dapat memainkan peran yang lebih besar dalam pemrosesan dan penggunaan kembali produk serat karbon termoplastik. Serat karbon termoplastik cocok untuk bidang kelas atas seperti dirgantara dan penerbangan. Ini memiliki ketahanan suhu tinggi yang lebih baik dan skenario aplikasi yang lebih komprehensif. Pada tahap ini, tidak banyak jenis serat karbon termoplastik yang dapat dibuat secara batch, antara lain CF/PEEK, CF/PPS, CF/PA, dll.
Untuk memenuhi kebutuhan penggunaan aktual di bidang kedirgantaraan dan industri lainnya, material komposit di atas mungkin perlu dimodifikasi sampai batas tertentu, seperti meningkatkan ketangguhannya. Jika ingin meningkatkan ketangguhan komposit termoplastik, Anda bisa memulai dari banyak aspek, seperti menambahkan bahan pengeras atau menambahkan penguat lainnya. Anda juga dapat menggunakan metode fisik atau kimia untuk memodifikasi dan memperkuat permukaan serat karbon. Anda juga dapat meningkatkan proses pencetakan. Penyesuaian ini meningkatkan efek ketangguhan material komposit.
1. Pencampuran dan pengerasan bahan pengeras: Dalam modifikasi material komposit, modifikasi pencampuran fisik adalah metode modifikasi yang paling sederhana dan paling umum digunakan. Sifat-sifat komposit serat karbon termoplastik berkaitan erat dengan keadaan ikatan antarmuka antara serat karbon dan matriks resin termoplastik. Untuk meningkatkan ketangguhan material komposit, bahan penguat tertentu dapat ditambahkan untuk meningkatkan efek ikatan antarmuka material dan meningkatkan ketangguhan material komposit.
Anhidrida maleat (MAH) dapat bereaksi dengan poliamida (PA) untuk membuatnya kompatibel. Keduanya memiliki kompatibilitas yang baik. Karena kompatibilitas MAH dan PA yang baik, bahan penguat dapat dengan cepat didispersikan ke dalam matriks PA. Penelitian menunjukkan bahwa untuk material komposit PA6/CF, penambahan bahan pengeras POE‑g‑MAH dapat meningkatkan sifat benturan material komposit secara signifikan. Kekuatan benturan ditingkatkan dari 6,2kJ/m2 menjadi 9.0kJ/m2, dan efek ketangguhannya terlihat jelas.
Kekurangan: Bahan penguat dalam jumlah yang wajar dapat membantu meningkatkan ketangguhan material komposit, namun peningkatan kandungan bahan penguat dapat menyebabkan masalah seperti ukuran partikel yang berlebihan dan berkurangnya efek dispersi, sehingga mempengaruhi sifat mekanik material lainnya, sehingga perlu dilakukan. dikontrol Penambahan bahan pengeras yang sesuai.
2. Penguatan hibrida penguat: Selain serat karbon dan resin termoplastik, bahan penguat lainnya, seperti serat kaca (GF), serat aramid (AF) dan tabung nano karbon, ditambahkan ke bahan komposit serat karbon termoplastik untuk meningkatkan serat karbon termoplastik Ketangguhan material komposit juga dapat mencapai efek ketangguhan.
Eksperimen menunjukkan bahwa CF, GF, dan POE‑g‑MAH akan ditambahkan ke PA66 untuk menyiapkan material PA66 yang diperkuat komposit serat hibrida/POE‑g‑MAH. Ketika jumlah penambahan serat kaca 15%, efek ketangguhannya paling baik, lebih baik dari CF. Kekuatan impak pengisian saja meningkat sebesar 34,02%, dan efek peningkatannya terlihat jelas. Saat menyiapkan material komposit CF/PET, serat aramid dilapisi di dalamnya untuk modifikasi. Kekuatan benturan material komposit meningkat secara signifikan. Kekuatan impak material komposit meningkat sebesar 65,8% dengan satu lapis pelapis dan 45,6% dengan dua lapis pelapis. Efek ketangguhan meningkat secara signifikan.
Beberapa penelitian telah menemukan bahwa keunggulan dua bahan penguat, CF dan nanotube halloysite (HNTs), digabungkan untuk mempelajari efek ketangguhan sinergis dan penguatan HNTs dan CF pada PA6. Hasil uji sifat mekanik menunjukkan bahwa PA6/30%CF/10%HNTs memiliki kekuatan impak maksimum sebesar 8,9kJ/m2, HNTs memiliki efek ketangguhan pada material komposit PA6/CF, serta HNT dan CF memiliki efek sinergis dalam ketangguhan.
3. Perlakuan permukaan serat karbon: Serat karbon yang tidak dimodifikasi rapuh, memiliki kelembaman permukaan yang kuat, dan tidak memiliki gugus aktif, sehingga menyebabkan kompatibilitas yang buruk antara serat karbon dan matriks resin termoplastik, dan struktur antarmuka serta kinerja terpengaruh. Dengan perlakuan permukaan serat karbon, aktivitas kimia permukaan, energi bebas permukaan, atau kekasaran permukaannya dapat ditingkatkan, yang dapat membantu meningkatkan derajat pembasahan antara serat karbon dan matriks termoplastik, sehingga meningkatkan kinerja material komposit secara keseluruhan, termasuk materialnya sendiri. kekerasan. Ada banyak cara untuk merawat permukaan serat karbon, termasuk perawatan bahan perekat, modifikasi fisik permukaan, dan modifikasi kimia permukaan.
Peningkatan sifat antarmuka material komposit dengan bahan pengikat dapat dicapai melalui efek fisik seperti infiltrasi dan adhesi, serta efek kimia melalui kombinasi sejumlah besar gugus aktif pada permukaan serat karbon dengan matriks untuk menghasilkan kovalen. obligasi. Data eksperimen menunjukkan bahwa bahan mentah seperti asam adipat dikondensasikan lelehnya untuk membentuk kopoliamida termoplastik, yang diformulasikan menjadi bahan perekat (co-PA) untuk memodifikasi material komposit PA6/CF. Pada kandungan sizing agent optimal sebesar 4%, kekuatan geser antarmuka (IFSS) material komposit mencapai 37,6MPa, lebih tinggi 43,76% dibandingkan dengan PA6/CF tanpa ukuran.
Metode modifikasi fisik lainnya untuk permukaan serat karbon termasuk dispersi ultrasonik, perlakuan surfaktan, dan deposisi elektrokimia. Data percobaan menunjukkan bahwa polydiallyldimethylammonium klorida (PDDA) digunakan untuk memodifikasi graphene oxide (P‑SG) dan dicampur dengan CF untuk perawatan ultrasonik, sehingga P‑SG berhasil menempel pada permukaan CF untuk mendapatkan komposit PA6/C ‑SG. Kesimpulannya adalah kekuatan impak material komposit modifikasi meningkat secara signifikan seiring dengan bertambahnya kandungan serat karbon. Ketika kandungan serat karbon 13%, kekuatan benturan menjadi 36,52kJ/m2, dan kinerja benturan meningkat sebesar 113,17%.
Modifikasi kimiawi permukaan serat karbon adalah dengan memasukkan serat karbon ke dalam lingkungan larutan dan secara selektif memodifikasi permukaan material untuk menghasilkan gugus yang lebih aktif dan meningkatkan gaya ikatan antarmuka; atau menggunakan pelarut lain untuk meningkatkan kekasaran permukaan CF untuk mengontrol sifat kimia permukaan, di antaranya metode bahan penggandeng adalah salah satu metode modifikasi kimia yang lebih umum digunakan. Data eksperimen menunjukkan bahwa ketika permukaan serat karbon dimodifikasi secara kimia dengan bahan penggandeng silan (KH550) untuk membuat material komposit PA6/CF, hasil uji impak tanpa takik menunjukkan bahwa ketika kandungan serat karbon yang dimodifikasi adalah 20%, kekuatan tumbukan PA6/CF yang tidak ditakik mencapai nilai maksimum (18,5±0,6) kJ/m2, yaitu 52% lebih tinggi dibandingkan kandungan yang tidak diberi perlakuan.
4. Pengendalian proses pemrosesan dan pencetakan: Pencetakan dan pemrosesan lembaran komposit serat karbon termoplastik dan teknologi sambungan komponen material juga merupakan faktor penting yang mempengaruhi sifat material akhir. Dengan mengontrol suhu cetakan, tekanan cetakan, dll. selama proses pencetakan material, situasi ikatan antarmuka material komposit dapat dikontrol dan kinerja antarmuka dapat diubah.
Semakin tinggi suhu cetakan, semakin rendah viskositas matriks resin, semakin baik fluiditasnya, semakin lengkap infiltrasi serat karbon, dan peningkatan area kontak antarmuka. Oleh karena itu, pada panjang perpanjangan retak yang sama, semakin besar nilai beban yang diperlukan sampel untuk robek, yaitu, I Semakin tinggi ketangguhan patah interlaminar. Mengenai tekanan pencetakan, di bawah tekanan tinggi, karena terhambatnya pergerakan rantai molekul, resin dan matriks tidak dapat diinfiltrasi dengan lebih baik, sehingga kondisi pencetakan tekanan yang sesuai perlu dipilih. Laju pendinginan yang tepat juga dapat meningkatkan ketangguhan material komposit.
Selain itu, metode pencetakan yang berbeda juga mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap mekanika akhir dan sifat material lainnya. Data eksperimen menunjukkan bahwa material komposit ABS/CF yang menggunakan proses ekstrusi/injeksi dan proses pencetakan termoplastik serat panjang (LFT)/injeksi dibandingkan, dan pengaruh kedua proses tersebut terhadap distribusi panjang serat, tarik, benturan, dan sifat material lainnya. dibandingkan. Pengaruh. Hasilnya menunjukkan bahwa panjang CF minimum pada komposit ABS/L‑CF kira-kira 3 kali panjang serat maksimum pada komposit ABS/E‑CF. Kekuatan benturan ABS/L‑CF sekitar 105%~155% lebih tinggi dibandingkan ABS/ECF.
Penelitian komposit serat karbon termoplastik di dalam dan luar negeri tidak pernah berhenti, dan peningkatan ketangguhan hanyalah salah satu arah penelitian. Sebagai material komposit baru yang mutakhir, serat karbon termoplastik memiliki potensi yang sangat besar, namun sama sulitnya untuk mengubahnya menjadi bantuan industri. Jika sifat serat karbon termoplastik ingin diterapkan secara lebih lengkap dan matang, penelitian di bidang seperti pengerasan sangat diperlukan. Hanya jika fondasinya cukup kokoh maka perkembangan industri serat karbon dapat menjadi cukup kokoh.