ห้าทิศทางของคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกเรซินดัดแปลงคาร์บอนไฟเบอร์

ห้าทิศทางของคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกเรซินดัดแปลงคาร์บอนไฟเบอร์

เรซินดัดแปลงคาร์บอนไฟเบอร์เป็นวัสดุคอมโพสิตประเภทที่ค่อนข้างประสบความสำเร็จ โดยคอมโพสิตเทอร์โมเซตติงคาร์บอนไฟเบอร์เป็นทางเลือกหลักในปัจจุบัน เรซินที่ใช้ ได้แก่ อีพอกซีเรซิน เรซินฟีนอล และอื่นๆ การบูรณาการเทอร์โมพลาสติกเรซินกับคาร์บอนไฟเบอร์ถือเป็นเรื่องท้าทาย อย่างไรก็ตามประสิทธิภาพโดยรวมดีขึ้น ทำให้เป็นทิศทางสำคัญสำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรมคาร์บอนไฟเบอร์ในอนาคต ภายใต้ระดับเทคโนโลยีอุตสาหกรรมในปัจจุบัน มีความก้าวหน้าที่สำคัญในการวิจัยคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกเรซินดัดแปลงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ คอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ประสิทธิภาพสูงจำนวนมากได้รับการพัฒนาอย่างประสบความสำเร็จแล้ว เช่น เทปทิศทางเดียว CF/PPS และ CF/PEEK ที่ผลิตโดย Zhishang New Materials

1.คอมโพสิตเรซินโพลีโพรพีลีนดัดแปลงคาร์บอนไฟเบอร์

โพรพิลีน (PP) เป็นวัสดุโพลีเมอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ เช่น ยานยนต์และเครื่องใช้ในบ้าน โดยมีการผลิตต่อปีในจีนเกิน 1 ล้านตัน การปรับเปลี่ยนเรซินโพลีโพรพีลีนด้วยคาร์บอนไฟเบอร์สามารถปรับปรุงความแข็งแรงและความแข็งแกร่งของวัสดุคอมโพสิตได้อย่างมาก นอกจากนี้ การรวมตัวของคาร์บอนไฟเบอร์ยังส่งผลกระทบอย่างมากต่อความสามารถในการไหลและความตกผลึกของวัสดุ PP

โดยทั่วไป วัสดุ PP ดัดแปลงคาร์บอนไฟเบอร์จะได้รับการประมวลผลโดยใช้เทคนิคการผสมแบบหลอม ซึ่งส่วนใหญ่มีวิธีการประมวลผลสองวิธี: การอัดขึ้นรูปด้วยสกรูคู่และการเสริมแรงด้วยเส้นใยยาว คุณสมบัติของวัสดุดัดแปลงได้รับอิทธิพลจากปัจจัยต่างๆ เช่น ปริมาณของคาร์บอนไฟเบอร์ที่เพิ่ม ความยาวของเส้นใย สารเข้ากันได้ และการรักษาพื้นผิวของเส้นใย

ปัจจุบัน คอมโพสิต PP เสริมใยยาวถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในภาคส่วนต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมยานยนต์และทางทะเล อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความเข้ากันได้ไม่ดีระหว่างเมทริกซ์ PP และคาร์บอนไฟเบอร์ การบรรลุประสิทธิภาพเชิงกลสูงในคอมโพสิตจึงต้องมีกระบวนการปรับสภาพพื้นผิวที่ซับซ้อนสำหรับคาร์บอนไฟเบอร์ ซึ่งจะทำให้ทั้งต้นทุนการประมวลผลและความยากลำบากเพิ่มขึ้นอย่างมาก

2.คอมโพสิตเรซินโพลีไวนิลคลอไรด์เรซินดัดแปลงคาร์บอนไฟเบอร์

โพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC) เป็นหนึ่งในเรซินเอนกประสงค์ที่ผลิตกันอย่างแพร่หลายมากที่สุดในประเทศจีน โดยมีข้อได้เปรียบที่สำคัญ ได้แก่ ต้นทุนต่ำ คุณสมบัติของฉนวนไฟฟ้าที่ดี ทนต่อสารเคมีได้ดีเยี่ยม และกระบวนการขึ้นรูปที่เรียบง่าย อย่างไรก็ตาม ข้อเสียเปรียบบางประการ เช่น ความเหนียวต่ำ แรงกระแทกต่ำ และความเสถียรทางความร้อน และประสิทธิภาพการประมวลผลต่ำ เป็นการจำกัดการใช้งานในด้านที่มีข้อกำหนดที่เข้มงวด

วัสดุพีวีซีดัดแปลงคาร์บอนไฟเบอร์สามารถเพิ่มความต้านทานแรงดึง ความแข็งของพื้นผิว และความแข็งแรงดัดของเมทริกซ์พีวีซีได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตแผ่นและท่อพีวีซีต่างๆ

ความเข้ากันได้ระหว่างเส้นใยคาร์บอนไฟเบอร์และเมทริกซ์ PVC นั้นดีกว่า ส่งผลให้ความต้านทานแรงดึง ความต้านทานแรงดัดงอ และความต้านทานแรงกระแทกดีขึ้นอย่างมาก เมื่อเทียบกับเมทริกซ์ PVC เนื่องจากความคงตัวทางความร้อนต่ำของเมทริกซ์ PVC วิธีการประมวลผล เช่น การแช่ของเหลวหรือการผสม อาจทำให้เมทริกซ์เสื่อมสภาพได้ง่าย ดังนั้นวัสดุพีวีซีดัดแปลงคาร์บอนไฟเบอร์จึงมักได้รับการประมวลผลโดยใช้เทคนิคการเคลือบ

3.คอมโพสิตเรซินโพลีคาร์บอเนตเรซินดัดแปลงคาร์บอนไฟเบอร์

โพลีคาร์บอเนต (PC) เป็นพลาสติกวิศวกรรมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายซึ่งเป็นที่รู้จักในด้านความต้านทานแรงกระแทกสูงและความโปร่งใสที่ดี เมื่อคาร์บอนไฟเบอร์ผสมกับพีซี จะสามารถเพิ่มคุณสมบัติต่างๆ ของพีซีและขยายขอบเขตการใช้งานได้

การวิจัยแสดงให้เห็นว่าเมื่อปริมาณคาร์บอนไฟเบอร์ที่เติมเข้าไปต่ำกว่า 20% จะมีการเพิ่มประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญในด้านความต้านทานแรงดึง ความต้านทานแรงดัดงอ และโมดูลัสแรงดัดงอของวัสดุ ความทนแรงกระแทกจะถึงสูงสุดเมื่อมีปริมาณคาร์บอนไฟเบอร์ประมาณ 6% เมื่อปริมาณคาร์บอนไฟเบอร์อยู่ระหว่าง 10% ถึง 20% ความต้านทานพื้นผิวของวัสดุจะสูงถึง 8×10^9 Ω·cm ซึ่งให้คุณสมบัติป้องกันไฟฟ้าสถิตที่ดีเยี่ยม

ส่วนประกอบของโพลีคาร์บอเนต (PC) กับคาร์บอนไฟเบอร์ยังสามารถให้คุณสมบัติการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแก่เมทริกซ์โพลีเมอร์ได้ แต่ประสิทธิภาพการป้องกันไม่สูงมาก เพื่อให้บรรลุประสิทธิภาพการป้องกันที่ต้องการของวัสดุป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้ามาตรฐาน จำเป็นต้องเพิ่มเส้นใยหรือผงโลหะที่มีความนำไฟฟ้าสูงอื่นๆ คาร์บอนไฟเบอร์หรือคาร์บอนไฟเบอร์เคลือบโลหะ เมื่อผสมกับผงโลหะ กราฟีน คาร์บอนแบล็คที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ฯลฯ สามารถมีบทบาทในการเชื่อมโยงในวัสดุคอมโพสิต จึงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า

4.คอมโพสิตเรซินโพลีอะมายด์เรซินดัดแปลงคาร์บอนไฟเบอร์

โพลีเอไมด์ (PA) เป็นพลาสติกวิศวกรรมที่ดีเยี่ยม แต่เนื่องจากมีความเป็นผลึกสูงและการดูดซับความชื้นอย่างมีนัยสำคัญ ความเสถียรของขนาดของผลิตภัณฑ์ที่ทำจากวัสดุนี้จึงไม่ดี และความแข็งแรงและความแข็งไม่ตรงกับโลหะ ในการใช้งานจริง วัสดุเหล่านี้มักต้องการการเสริมแรงด้วยใยแก้วหรือคาร์บอนไฟเบอร์

หลังจากเสริมแรงและดัดแปลงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์แล้ว คุณสมบัติทางกลของ PA ก็จะเพิ่มขึ้นได้อย่างมาก วัสดุดัดแปลงสามารถใช้เป็นทั้งวัสดุโครงสร้างในการรับน้ำหนักและเป็นวัสดุที่ใช้งานได้ ปัจจุบันการวิจัยส่วนใหญ่เกี่ยวกับ PA ที่ดัดแปลงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์มุ่งเน้นไปที่ผลกระทบของการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของเส้นใยคาร์บอนต่อส่วนต่อประสานและประสิทธิภาพของคอมโพสิต

การศึกษาพบว่าการบำบัดด้วยออกซิเดชั่นของพื้นผิวคาร์บอนไฟเบอร์ช่วยเพิ่มความแข็งแรงพันธะระหว่างคาร์บอนไฟเบอร์กับ PA1010 เมื่อสัดส่วนปริมาตรของคาร์บอนไฟเบอร์เพิ่มขึ้น ความต้านทานแรงดึงและความแข็งแบบร็อกเวลล์ของคอมโพสิตเริ่มแรกจะเพิ่มขึ้นแล้วลดลง เมื่อสัดส่วนปริมาตรของคาร์บอนไฟเบอร์ถึง 20% ความต้านทานแรงดึงของวัสดุจะถึงค่าสูงสุด นอกจากนี้ ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีของวัสดุจะลดลงเมื่อสัดส่วนปริมาตรของคาร์บอนไฟเบอร์เพิ่มขึ้น โดยจะคงที่ที่ประมาณ 0.24 เมื่อสัดส่วนปริมาตรของคาร์บอนไฟเบอร์ถึง 20%

5.คาร์บอนไฟเบอร์ดัดแปลงพิเศษวิศวกรรมพลาสติกคอมโพสิต

พลาสติกวิศวกรรมชนิดพิเศษหมายถึงพลาสติกที่มีประสิทธิภาพโดยรวมสูงกว่าและมีอุณหภูมิการใช้งานในระยะยาวสูงกว่า 150 องศา วัสดุเหล่านี้ส่วนใหญ่ได้แก่ PEEK, PPS, TPI และอื่นๆ พลาสติกวิศวกรรมพิเศษส่วนใหญ่สามารถใช้เป็นวัสดุเมทริกซ์สำหรับเทอร์โมพลาสติกคอมโพสิตที่เสริมด้วยใยแก้ว คาร์บอนไฟเบอร์ และเส้นใยอะรามิด พลาสติกวิศวกรรมชนิดพิเศษเสริมด้วยคาร์บอนไฟเบอร์มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยมและประสิทธิภาพในการประมวลผล ทำให้สามารถทดแทนเรซินที่เซ็ตตัวด้วยความร้อนหรือแม้แต่โลหะในการใช้งานต่างๆ เช่น การบินและอวกาศ การเดินเรือ และการแพทย์ได้อย่างสมบูรณ์

A. โพลีอีเทอร์อีเทอร์คีโตนเสริมคาร์บอนไฟเบอร์ (PEEK)ปัจจุบันเป็นเทอร์โมพลาสติกที่ทนอุณหภูมิสูงสุด โดยมีอุณหภูมิการใช้งานยาวนานถึง 250 องศา แม้ที่อุณหภูมิสูงถึง 300 องศา ก็ยังรักษาคุณสมบัติทางกลที่ดีมาก PEEK ดัดแปลงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ไม่เพียงแต่เพิ่มความแข็งแรงและความแข็งแกร่งของวัสดุเท่านั้น แต่ยังมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าและความต้านทานการสึกหรออีกด้วย

B. เทอร์โมพลาสติกโพลีอิไมด์ (TPI)มีความเสถียรทางความร้อนที่โดดเด่น พร้อมด้วยความต้านทานแรงกระแทก ความต้านทานรังสี และความต้านทานต่อตัวทำละลายได้ดีเยี่ยม นอกจากนี้ วัสดุประเภทนี้ยังแสดงให้เห็นถึงความต้านทานการสึกหรอที่ยอดเยี่ยมในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง โดยมีอุณหภูมิสูง แรงกดดันที่แตกต่างกัน และความเร็วสูง การใช้การเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของวัสดุเหล่านี้และขยายขอบเขตการใช้งานได้

C. โพลีฟีนิลีนซัลไฟด์ (PPS)เป็นเทอร์โมพลาสติกเรซินกึ่งผลึกที่ขึ้นชื่อเรื่องคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยม ทนทานต่อสารเคมี และมีคุณสมบัติในการดับไฟได้เอง นอกจากนี้ วัสดุประเภทนี้ยังแสดงความเข้ากันได้ดีกับแร่ธาตุอนินทรีย์และเส้นใยอินทรีย์ ทำให้เหมาะสำหรับการเตรียมคอมโพสิตต่างๆ ที่มีปริมาณตัวเติมสูง คอมโพสิต PPS ของเทอร์โมพลาสติกคาร์บอนไฟเบอร์มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีและทนทานต่อตัวทำละลายได้ดีเยี่ยม ประสิทธิภาพการยึดเกาะระหว่าง PPS และคาร์บอนไฟเบอร์ก็ดีเยี่ยมเช่นกัน อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทางกลทั้งหมดได้รับอิทธิพลอย่างมากจากสัดส่วนปริมาตรของผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ เมื่อสัดส่วนปริมาตรของผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ต่ำกว่า 50% คุณสมบัติทางกลทั้งหมดของคอมโพสิตจะดีขึ้นอย่างมากเมื่อสัดส่วนปริมาตรของผ้าคาร์บอนไฟเบอร์เพิ่มขึ้น

เทอร์โมพลาสติกเรซินประเภทต่างๆ มีระดับประสิทธิภาพที่แตกต่างกันเมื่อรวมเข้ากับคาร์บอนไฟเบอร์ และยังมีความแตกต่างในการเตรียมและการแปรรูปในภายหลังอีกด้วย มีเพียงการทดลองอย่างต่อเนื่องเท่านั้นที่จะค้นพบวิธีแก้ปัญหาที่ดีที่สุดได้ ซึ่งจะช่วยขับเคลื่อนอุตสาหกรรมคาร์บอนไฟเบอร์ทั้งหมดไปสู่ขั้นต่อไป ปัจจุบัน คอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกคาร์บอนไฟเบอร์หลายชนิด เช่น CF/PPS และ CF/PEEK ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าทำงานได้ดีในแง่ของประสิทธิภาพ การผลิต และการรีไซเคิล ทำให้เป็นส่วนสำคัญสำหรับการวิจัยและพัฒนาเชิงลึกในระยะสั้น ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา Zhi Shang New Materials ได้ทำงานเพื่อบูรณาการเส้นใยคาร์บอนต่อเนื่องกับเรซินเทอร์โมพลาสติกเหล่านี้ให้ดีขึ้น เพื่อสร้างเทปทิศทางเดียวที่มีรูปแบบทางกายภาพที่มีเสถียรภาพมากขึ้นและคุณสมบัติเชิงกลที่เหนือกว่า ด้วยความก้าวหน้าในการปรับเปลี่ยนเทคโนโลยีและอุปกรณ์ ทำให้เกิดความสามารถในการผลิตจำนวนมากของผลิตภัณฑ์ดังกล่าว