Ved fremstilling av termoplastisk karbonfiber bruker industrien vanligvis disse fire limingsmidlene.

For å forbedre kompatibiliteten til limingsmidler med termoplastiske harpiksbaserte kompositter, har industrien utført omfattende forskning på ulike nye limingsmidler for ulike termoplastiske harpikser, med sikte på å oppnå en nær strukturell likhet og sterke interaksjoner mellom limingsmidlene og termoplastene. . Etter utallige eksperimenter og sammenlignende datavurderinger har det blitt funnet at følgende fire limingsmidler er spesielt egnet: polyamid (PA), polyuretan (PU), polyaryleter og polyimid (PI).

1. Polyamid (PA) limmiddel

Polyamid (PA), også kjent som nylon, har utmerket kjemisk stabilitet, slitestyrke og mekaniske egenskaper. Det brukes ofte i spesialfibre, ingeniørplast og termoplastiske harpiksbaserte komposittmatriseharpikser. Siden PA har blitt mye brukt som en matriseharpiks for termoplastiske harpiksbaserte kompositter, kan valg av PA som en komponent av limingsmiddelet forbedre grensesnittkompatibiliteten til termoplastiske harpiksbaserte kompositter.

Et løsningsmiddelbasert lim ble fremstilt ved å løse opp modifisert PA i polyoler og påføre det på T300-karbonfiber med mindre størrelse. Dette førte til fabrikasjon av CF/PA66-kompositter. Den gode kompatibiliteten mellom limingsmidlet og nylon 66-matriseharpiksen resulterte i en synergistisk effekt av kjemisk binding og fysisk adsorpsjon, og forbedret strekkstyrken og slagstyrken til komposittene med henholdsvis 40,87 % og 43,59 %.

Denne metoden krever imidlertid en betydelig mengde organiske løsemidler, som utgjør en alvorlig trussel mot miljø- og produksjonssikkerhet, og energiforbruket til tørking av løsemidler er betydelig. Derfor skifter fokuset for PA-limingsmiddelforskningen gradvis mot mer miljøvennlige vannbaserte limsystemer. For tiden er det mer modne tilnærminger å oppnå stabile dispergerte PA-emulsjoner ved bruk av overflateaktive midler og fremstilling av vandige limingsmidler av PA gjennom hydrofil modifikasjon.

2. Polyuretan (PU) Dimensjoneringsmiddel

Polyuretan (PU) viser god kompatibilitet og bindestyrke med forskjellige termoplastiske harpikser på grunn av sin unike kjemiske struktur, noe som gjør den allment anvendelig som limingsmiddel. Ved å utnytte likhetene og kompatibilitetene mellom uretan- og karbonatstrukturene, kan PU brukes som limingsmiddel for liming av fibrene i karbonfiber (CF)/termoplastisk polykarbonat (PC) kompositter gjennom en løsningsmiddelmetode.

Den termiske stabiliteten til limingsmidlet av polyuretan (PU) er utmerket; det begynner å gå ned i vekt bare ved temperaturer opp til 270 grader. Dette muliggjør kjemisk binding med karbonatstrukturene i polykarbonat (PC) matrisen, noe som resulterer i en økning i interlaminær skjærstyrke for komposittene fra 38,1 MPa til 62,9 MPa, som representerer en 65 % forbedring.

Men med økende vekt på miljøspørsmål erstattes løsemiddelbaserte PU-limingsmidler gradvis med vannbaserte limsystemer. Emulsjonsdispersjon er en av de mest brukte metodene for fremstilling av vannbaserte PU-limingsmidler. Vannbaserte emulsjons-PU-limingsmidler kan lagres i opptil seks måneder under normale temperaturtørkeforhold, med varmebestandighet som når 280–300 grader, noe som kan heve den interlaminære skjærstyrken til CF/PA66-kompositter til over 78 MPa, noe som viser en mer betydelig forbedring.

Dimensjoneringsmiddel av polyaryleter

Polyaryletere er polymerer som inneholder aromatiske ringer og eterbindinger. Velkjente eksempler inkluderer polyeter-eterketon (PEEK), polyfenylensulfid (PPS) og polyetersulfon (PES). De stive benzenringene og fleksible eterbindingene gir disse materialene utmerkede mekaniske og termiske egenskaper, samtidig som de lar noen systemer være krystallinske, noe som muliggjør kontinuerlig bruk under høye temperaturer og fuktige forhold. De er mye brukt som høyytelses ingeniørplast og termoplastiske harpikser innen romfart, elektronikk, energi og medisinske felt.

Den stive og stabile strukturen til polyaryletere, mens den gir mange fordeler, gjør det imidlertid også utfordrende for dem å reagere med andre aktive grupper, noe som fører til svak grensesnittbinding med karbonfibre (CF). Derfor har modifisering av polyaryletersystemer og klargjøring av limingsmidler for å forbedre deres bindingsstyrke med CF og termoplastiske matriser blitt et prioritert problem å løse. Sterk syrebehandling er en effektiv metode for å introdusere aktive grupper i polyaryletermolekyler.

Ved å bruke en sulfoneringsbehandling ble natriumsulfonatstrukturer (−SO3Na) introdusert i PEEK-systemet for å fremstille et limingsmiddel. Sulfongruppene kan danne hydrogenbindinger med gruppene på fiberoverflaten, og limingsmidlet er kompatibelt med PEEK-matrisen, noe som letter fukting og infiltrasjon av matriksharpiksen i CF. Den interlaminære skjærstyrken til komposittmaterialet nådde 78,2 MPa.

I tillegg ble et løsningsmiddelbasert hybrid limingsmiddel fremstilt ved å modifisere grafenoksid (GO) med en diaminstruktur som ligner på polyetersulfon (PES), som ikke bare introduserte aktive aminogrupper, men også forbedret den termiske stabiliteten til systemet. Ulike interaksjoner som kjemisk binding, hydrogenbinding, polar tiltrekning, van der Waals-krefter og mekanisk sammenlåsing kan oppnå en sterk binding mellom limingsmiddelet, GO, CF og PES-matrisen, noe som resulterer i en forbedring på 74,1 % i grenseflateegenskapene. av CF/PES-komposittene.

4. Polyimid (PI) Dimensjoneringsmiddel

Polyimider (PI) er høyytelsespolymerer som inneholder imidringer i deres molekylære ryggrad. De har en svært stiv kjedestruktur og utmerkede mekaniske egenskaper, noe som gjør dem til et av de høyest temperaturklassifiserte polymermaterialene. PI-er har funnet utbredt bruk innen romfart, militært utstyr, elektronisk kommunikasjon og andre felt. Blant disse har polyeterimide (PEI) limingsmidler, som inneholder fleksible eterbindinger, fått betydelig oppmerksomhet de siste årene som limingsmidler ved høy temperatur på grunn av deres eksepsjonelle termiske stabilitet, forbedrede fleksibilitet, bedre løselighet og kompatibilitet med termoplastiske harpikser.

PI-limingsmidler tåler høye temperaturer, og oppfyller støpe- og bruksforholdene for høyytelses termoplastiske harpiksbaserte kompositter (som CF/PES og CF/PEEK-kompositter). Imidlertid, i likhet med polyaryleterlimingsmidler, resulterer den stive og stabile molekylstrukturen til PI limingsmidler i lav bindingskapasitet med karbonfibre (CF) og dårlig bearbeidbarhet, noe som nødvendiggjør kjemisk modifikasjon.

Modifikasjon av PI-limingsmiddelet ble utført ved bruk av nanopartikler ved å dispergere flerveggede karbon-nanorør (MWCNT) i en diklormetanløsning av PEI. Ved å bruke en løsningsmiddelmetode ble overflaten av T300-kvalitet CF-stoff behandlet. Forskning fant at MWCNT i det blandede limingsmiddelet effektivt introduserte et stort antall aktive grupper og kunne jevnt dekke fiberoverflaten. Etter dimensjonering kunne imidringene i PEI danne polare interaksjoner og hydrogenbindinger med hydroksyl- og karboksylgrupper på MWCNT-overflaten, mens π-π-stablingsinteraksjoner skjedde mellom de aromatiske ringene til MWCNT og PEEK-matriseharpiksen. Denne modifikasjonen hemmet sprekkutbredelsen betydelig, noe som til slutt resulterte i en interlaminær skjærstyrke på 90,7 MPa for komposittmaterialet.

Strengt tatt representerer polyamid (PA), polyuretan (PU), polyaryleter og polyimid (PI) fire kategorier av limingsmidler, hver skreddersydd for ulike typer termoplastiske harpikser. Disse limingsmiddelsystemene gjennomgår typisk forskjellige modifikasjoner under bruk for å effektivt forbedre ytelsesegenskapene til termoplastiske karbonfiberkompositter. I tillegg er det viktig å vurdere om de eksperimentelle prosessene kan forårsake betydelige negative påvirkninger på miljøet. For å finne optimale løsninger, streber en rekke eksperter og forskere både innenlands og internasjonalt for å identifisere de best egnede tilnærmingene.