A hőre lágyuló szénszál előállítása során az ipar általában ezt a négy enyvezőszert használja.
A hőre lágyuló szénszálas kompozitok készítésénél foglalkozni kell a szénszál és a hőre lágyuló gyanta közötti határfelületi kötési szilárdság kérdésével, hogy a későbbi folyamatokban jobb beszivárgás és kötési hatás biztosítható legyen. A méretező szerek fontos szerepet játszanak ebben a tekintetben. A különböző hőre lágyuló mátrixanyagok azonban eltérő fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek, ezért kísérletekre van szükség a különböző típusú enyvezőszerek azonosításához, amelyek megfelelnek az adott felhasználási követelményeknek.
Az enyvezőszerek hőre lágyuló gyanta alapú kompozitokkal való kompatibilitásának javítása érdekében az ipar kiterjedt kutatásokat végzett különféle új enyvezőszereken különböző hőre lágyuló gyantákhoz, hogy szoros szerkezeti hasonlóságot és erős kölcsönhatást érjenek el az enyvezőszerek és a hőre lágyuló gyanták között. . Számos kísérlet és összehasonlító adatértékelés után kiderült, hogy a következő négy enyvezőanyag különösen alkalmas: poliamid (PA), poliuretán (PU), poliaril-éter és poliimid (PI).
1. Poliamid (PA) enyvezőszer
A poliamid (PA), más néven nejlon, kiváló kémiai stabilitással, kopásállósággal és mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik. Általában speciális szálakban, műszaki műanyagokban és hőre lágyuló gyanta alapú kompozit mátrixgyantákban használják. Mivel a PA-t széles körben alkalmazzák mátrixgyantaként hőre lágyuló gyanta alapú kompozitokhoz, a PA-nak az enyvezőszer komponenseként történő kiválasztása javíthatja a hőre lágyuló gyanta alapú kompozitok felületi kompatibilitását.
Oldószer alapú enyvezőszert állítottak elő úgy, hogy a módosított PA-t poliolokban feloldották, és a mérettelenített T300-as szénszálra vitték fel. Ez a CF/PA66 kompozitok előállításához vezetett. Az enyvezőszer és a nylon 66 mátrixgyanta jó kompatibilitása a kémiai kötés és a fizikai adszorpció szinergikus hatását eredményezte, sikeresen javítva a kompozitok szakítószilárdságát 40,87%-kal, illetve 43,59%-kal.
Ez a módszer azonban jelentős mennyiségű szerves oldószert igényel, ami komoly veszélyt jelent a környezetre és a termelés biztonságára, és a szárító oldószerek energiafelhasználása is jelentős. Ezért a PA enyvezőszerek kutatásának fókusza fokozatosan a környezetbarátabb, vízbázisú enyvezőszer-rendszerek felé tolódik el. Jelenleg a stabil diszpergált PA-emulziók előállítása felületaktív anyagok felhasználásával és a PA vizes enyvezőszerek hidrofil módosítással történő előállítása érettebb megközelítés.
2. Poliuretán (PU) méretező szer
A poliuretán (PU) egyedülálló kémiai szerkezetének köszönhetően jó kompatibilitást és kötési szilárdságot mutat különféle hőre lágyuló gyantákkal, így széles körben alkalmazható enyvezőszerként. Az uretán és karbonát szerkezetek közötti hasonlóságok és kompatibilitások kihasználásával a PU enyvezőszerként használható a szénszálas (CF)/hőre lágyuló polikarbonát (PC) kompozitok szálainak oldószeres módszerrel történő méretezéséhez.
A poliuretán (PU) enyvezőszer termikus stabilitása kiváló; csak 270 fokos hőmérsékleten kezd el fogyni. Ez lehetővé teszi a kémiai kötést a karbonát szerkezetekkel a polikarbonát (PC) mátrixban, aminek eredményeként a kompozitok rétegközi nyírószilárdsága 38,1 MPa-ról 62,9 MPa-ra nő, ami 65%-os javulást jelent.
A környezetvédelmi kérdések egyre nagyobb hangsúlyt fektetésével azonban az oldószer alapú PU enyvezőszereket fokozatosan felváltják a vízbázisú ragasztórendszerek. Az emulziós diszperzió a vízbázisú PU enyvezőszerek előállításának egyik általánosan használt módszere. A vizes bázisú emulziós PU enyvezőszerek legfeljebb hat hónapig tárolhatók normál hőmérsékleten, száradási körülmények között, 280-300 fokos hőállóság mellett, ami a CF/PA66 kompozitok rétegközi nyírószilárdságát 78 MPa fölé emelheti. jelentős fejlesztés.
Poliaril-éter méretező szer
A poliaril-éterek olyan polimerek, amelyek aromás gyűrűket és éterkötéseket tartalmaznak. Jól ismert példák közé tartozik a poliéter-éter-keton (PEEK), a polifenilén-szulfid (PPS) és a poliéter-szulfon (PES). A merev benzolgyűrűk és a rugalmas éterkötések kiváló mechanikai és termikus tulajdonságokkal ruházzák fel ezeket az anyagokat, ugyanakkor lehetővé teszik egyes rendszerek kristályosodását, lehetővé téve a folyamatos használatot magas hőmérsékleten és nedves körülmények között. Széles körben használják nagy teljesítményű műszaki műanyagokként és hőre lágyuló gyantákként a repülőgépiparban, az elektronikában, az energetikában és az orvostudományban.
Azonban a poliaril-éterek merev és stabil szerkezete, bár számos előnnyel jár, kihívást jelent számukra, hogy más aktív csoportokkal reagáljanak, ami gyenge határfelületi kötéshez vezet a szénszálakkal (CF). Ezért a poliaril-éter rendszerek módosítása és az enyvezőszerek előállítása a CF- és hőre lágyuló mátrixokkal való kötési szilárdságuk növelése érdekében kiemelten kezelendő problémává vált. Az erős savas kezelés hatékony módszer az aktív csoportok poliaril-éter molekulákba történő bevitelére.
Szulfonálásos kezeléssel nátrium-szulfonát szerkezeteket (-SO3Na) vittünk be a PEEK rendszerbe, hogy enyvezőszert állítsunk elő. A szulfoncsoportok hidrogénkötést képezhetnek a szál felületén lévő csoportokkal, és az enyvezőszer kompatibilis a PEEK mátrixszal, megkönnyítve a mátrixgyanta nedvesedését és beszivárgását a CF-be. A kompozit anyag rétegközi nyírószilárdsága elérte a 78,2 MPa-t.
Ezenkívül egy oldószer alapú hibrid enyvezőszert állítottak elő a grafén-oxid (GO) módosításával, amelynek diamin szerkezete hasonló a poliéterszulfonhoz (PES), amely nemcsak aktív aminocsoportokat vitt be, hanem javította a rendszer hőstabilitását is. Különféle kölcsönhatások, mint például a kémiai kötés, a hidrogénkötés, a poláris vonzás, a van der Waals-erők és a mechanikai reteszelések erős kötést eredményezhetnek a GO, CF és a PES mátrix között, ami 74,1%-os javulást eredményez a határfelületi tulajdonságokban a CF/PES kompozitok közül.
4. Poliimid (PI) méretező szer
A poliimidek (PI) olyan nagy teljesítményű polimerek, amelyek molekuláris vázában imidgyűrűk vannak. Rendkívül merev láncszerkezettel és kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, így az egyik legmagasabb hőmérséklet-besorolású polimer anyag. A PI-k széles körben elterjedtek a repülőgépiparban, a katonai felszerelésekben, az elektronikus kommunikációban és más területeken. Ezek közül a flexibilis éterkötéseket tartalmazó poliéter-imid (PEI) enyvezőszerek az elmúlt években nagy figyelmet kaptak magas hőmérsékleten alkalmazható ragasztószerekként kivételes hőstabilitásuk, jobb rugalmasságuk, jobb oldhatóságuk és hőre lágyuló gyantákkal való kompatibilitásuk miatt.
A PI enyvezőszerek ellenállnak a magas hőmérsékletnek, és megfelelnek a nagy teljesítményű hőre lágyuló gyanta alapú kompozitok (például CF/PES és CF/PEEK kompozitok) formázási és használati feltételeinek. A poliaril-éter enyvezőszerekhez hasonlóan azonban a PI enyvezőszerek merev és stabil molekulaszerkezete alacsony kötési kapacitást eredményez a szénszálakkal (CF), valamint rossz feldolgozhatóságot, ami kémiai módosítást tesz szükségessé.
A PI enyvezőszer módosítását nanorészecskék felhasználásával végeztük úgy, hogy többfalú szén nanocsöveket (MWCNT) diszpergáltunk PEI diklór-metános oldatába. Oldószeres módszerrel a T300 minőségű CF szövet felületét kezeltük. A kutatások azt találták, hogy a kevert enyvezőszerben lévő MWCNT hatékonyan nagyszámú aktív csoportot vezetett be, és egyenletesen fedte le a szál felületét. Méretezés után a PEI-ben lévő imidgyűrűk poláris kölcsönhatásokat és hidrogénkötéseket tudtak kialakítani az MWCNT felületén lévő hidroxil- és karboxilcsoportokkal, míg az MWCNT aromás gyűrűi és a PEEK mátrixgyanta között π-π halmozott kölcsönhatások léptek fel. Ez a módosítás jelentősen gátolta a repedés terjedését, ami végül 90,7 MPa rétegközi nyírószilárdságot eredményezett a kompozit anyag esetében.
Szigorúan véve a poliamid (PA), a poliuretán (PU), a poliaril-éter és a poliimid (PI) az enyvezőszerek négy kategóriáját képviseli, amelyek mindegyike különböző típusú hőre lágyuló gyantákhoz van szabva. Ezek az enyvezőszer-rendszerek a használat során jellemzően különféle módosításokon esnek át, hogy hatékonyan javítsák a hőre lágyuló szénszálas kompozitok teljesítményjellemzőit. Emellett elengedhetetlen annak mérlegelése, hogy a kísérleti folyamatok okozhatnak-e jelentős negatív hatást a környezetre. Az optimális megoldások megtalálása érdekében számos hazai és nemzetközi szakember és tudós igyekszik megtalálni a legmegfelelőbb megközelítéseket.
