חמשת הכיוונים של חומרי שרף תרמופלסטיים שעברו שינוי בסיבי פחמן.

חמשת הכיוונים של חומרי שרף תרמופלסטיים שעברו שינוי בסיבי פחמן.

שרפים שעברו שינוי בסיבי פחמן הם סוג מוצלח יחסית של חומר מרוכב, כאשר חומרים מרוכבים של סיבי פחמן תרמוסטיים הם הבחירה המרכזית כיום. השרפים המשמשים כוללים שרפים אפוקסי ושרף פנולי, בין היתר. השילוב של שרפים תרמופלסטיים עם סיבי פחמן הוא מאתגר; עם זאת, הביצועים הכוללים טובים יותר, מה שהופך אותו לכיוון חשוב לפיתוח העתידי של תעשיית סיבי הפחמן. תחת הרמה הנוכחית של הטכנולוגיה התעשייתית, חלה התקדמות משמעותית במחקר של חומרי שרף תרמופלסטיים שעברו שינוי בסיבי פחמן. מספר רב של חומרים תרמופלסטיים תרמופלסטיים מחוזקים בסיבי פחמן רציפים בעלי ביצועים גבוהים כבר פותחו בהצלחה, כגון קלטות חד-כיווניות CF/PPS ו-CF/PEEK המיוצרות על ידי Zhishang New Materials.

1. חומרי שרף פוליפרופילן שונה בסיבי פחמן

פוליפרופילן (PP) הוא החומר הפולימרי הנפוץ ביותר בתחומים כמו רכב ומכשירי חשמל ביתיים, עם הייצור השנתי בסין העולה על מיליון טון. שינוי שרף פוליפרופילן עם סיבי פחמן יכול לשפר משמעותית את החוזק והקשיחות של החומר המרוכב. בנוסף, לשילוב של סיבי פחמן יש גם השפעה ניכרת על יכולת הזרימה והגבישות של חומרי PP.

חומרי PP שעברו שינוי בסיבי פחמן מעובדים בדרך כלל באמצעות טכניקות מיזוג נמס, הכוללות בעיקר שתי שיטות עיבוד: שחול כפול בורג וחיזוק סיבים ארוכים. המאפיינים של החומרים שהשתנו מושפעות מגורמים כמו כמות סיבי הפחמן שנוספו, אורך הסיבים, חומרי תאימות וטיפול פני השטח של הסיבים.

נכון לעכשיו, חומרי PP מרוכבים בעלי סיבים ארוכים מיושמים באופן נרחב במגזרים כגון תעשיות רכב ותעשיות ימיות. עם זאת, בשל התאימות הלקויה בין מטריצת PP לסיבי פחמן, השגת ביצועים מכניים גבוהים בחומרים המרוכבים מצריכה תהליכי טיפול משטח מורכבים עבור סיבי הפחמן, מה שמגדיל משמעותית הן את עלויות העיבוד והן את הקושי.

2. סיבי פחמן שרף פוליוויניל כלוריד שונה

פוליוויניל כלוריד (PVC) הוא אחד השרפים לשימוש כללי המיוצר ביותר בסין, עם יתרונות מרכזיים הכוללים עלות נמוכה, תכונות בידוד חשמלי טובות, עמידות כימית מצוינת ותהליכי דפוס פשוטים. עם זאת, כמה חסרונות מובנים כגון קשיחות ירודה, חוזק השפעה נמוך ויציבות תרמית וביצועי עיבוד גרועים מגבילים את היישום שלו בתחומים עם דרישות מחמירות.

חומרי PVC שעברו שינוי בסיבי פחמן יכולים לשפר ביעילות את חוזק המתיחה, קשיות פני השטח וחוזק הכיפוף של מטריצת PVC, מה שהופך אותם למתאימים לייצור של יריעות וצינורות PVC שונים.

התאימות בין חוטי סיבי פחמן למטריצת PVC טובה יותר, וכתוצאה מכך חוזק מתיחה, חוזק כיפוף וחוזק השפעה משופרת משמעותית בהשוואה למטריצת PVC. בשל היציבות התרמית הירודה של מטריצת ה-PVC, שיטות עיבוד כגון טבילת נמס או מיזוג עלולות להוביל בקלות לפירוק המטריצה. לכן, חומרי PVC שעברו שינוי בסיבי פחמן מעובדים בדרך כלל באמצעות טכניקות למינציה.

3. חומרי שרף פוליקרבונט שונה בסיבי פחמן

פוליקרבונט (PC) הוא פלסטיק הנדסי בשימוש נרחב הידוע בחוזק ההשפעה הגבוה שלו ושקיפותו הטובה. כאשר סיבי פחמן מורכבים עם PC, זה יכול לשפר עוד יותר את המאפיינים השונים של PC ולהרחיב את תחומי היישום שלו.

מחקר הראה שכאשר כמות סיבי הפחמן הנוספת היא מתחת ל-20%, יש שיפור משמעותי בחוזק המתיחה, חוזק הכיפוף ומודול הכיפוף של החומר. חוזק ההשפעה מגיע למקסימום כאשר תכולת סיבי הפחמן היא בסביבות 6%. כאשר תכולת סיבי הפחמן היא בין 10% ל-20%, התנגדות פני השטח של החומר יכולה להגיע ל-8×10^9 Ω·cm, מה שמספק תכונות אנטי-סטטיות מצוינות.

המרוכב של פוליקרבונט (PC) עם סיבי פחמן יכול גם להקנות תכונות מיגון אלקטרומגנטיות למטריצת הפולימר; עם זאת, יעילות המיגון אינה גבוהה במיוחד. כדי להשיג את יעילות המיגון הנדרשת של חומרי מיגון אלקטרומגנטיים סטנדרטיים, יש צורך להוסיף סיבי מתכת או אבקות אחרות בעלי מוליכות גבוהה. סיבי פחמן או סיבי פחמן מצופים מתכת, בשילוב עם אבקות מתכת, גרפן, פחמן שחור מוליך וכו', יכולים למלא תפקיד מגשר בחומר המרוכב, ובכך לשפר את ביצועי המיגון האלקטרומגנטי.

4. חומרי שרף פוליאמיד שונה בסיבי פחמן

פוליאמיד (PA) הוא פלסטיק הנדסי מצוין, אך בשל הגבישיות הגבוהה שלו וספיגת הלחות המשמעותית, יציבות הממדים של מוצרים העשויים מחומר זה ירודה וחוזקו וקשיותו אינם תואמים את אלו של מתכות. ביישומים מעשיים, חומרים אלה דורשים לעתים קרובות חיזוק עם סיבי זכוכית או סיבי פחמן.

לאחר חיזוק ושינוי בסיבי פחמן, ניתן לשפר מאוד את התכונות המכניות של PA. החומר המשתנה יכול לשמש הן כחומר מבני לשאת עומסים והן כחומר פונקציונלי. נכון לעכשיו, רוב המחקרים על PA שונה בסיבי פחמן מתמקדים בהשפעות של שינוי פני השטח של סיבי פחמן על הממשק והביצועים של החומרים המרוכבים.

מחקרים הראו שטיפול בחמצון של משטח סיבי הפחמן משפר את חוזק ההתקשרות בין סיבי פחמן ל-PA1010. ככל שחלק הנפח של סיבי הפחמן גדל, חוזק המתיחה וקשיות ה-Rockwell של החומר המרוכב גדלים בתחילה ואז יורדים. כאשר חלק הנפח של סיבי פחמן מגיע ל-20%, חוזק המתיחה של החומר מגיע לערכו המרבי. בנוסף, מקדם החיכוך של החומר יורד עם הגדלת חלק הנפח של סיבי פחמן, ומתייצב בסביבות 0.24 כאשר חלק הנפח של סיבי הפחמן מגיע ל-20%.

5. סיבי פחמן שונה חומרי פלסטיק הנדסיים מיוחדים

פלסטיק הנדסי מיוחד מתייחס לאלה עם ביצועים כלליים גבוהים יותר וטמפרטורות שירות לטווח ארוך מעל 150 מעלות. חומרים אלו כוללים בעיקר PEEK, PPS, TPI ואחרים. רוב הפלסטיקה ההנדסית המיוחדת יכולה לשמש כחומרי מטריצה ​​עבור חומרים מרוכבים תרמופלסטיים המחוזקים בסיבי זכוכית, סיבי פחמן וסיבי ארמיד. פלסטיק הנדסי מיוחד מחוזק בסיבי פחמן הוא בעל תכונות מכניות וביצועי עיבוד מצוינים, המאפשרים להם להחליף לחלוטין שרפים מכובעים תרמו או אפילו מתכות ביישומים כגון תעופה וחלל, ימיים ותחומים רפואיים.

A. קטון פוליאתר מחוזק בסיבי פחמן (PEEK)הוא כיום התרמופלסטי העמיד ביותר לטמפרטורה, עם טמפרטורת שימוש לטווח ארוך של עד 250 מעלות. אפילו בטמפרטורות של עד 300 מעלות, הוא שומר על תכונות מכניות טובות מאוד. PEEK שעבר שינוי בסיבי פחמן לא רק משפר את החוזק והקשיחות של החומר אלא גם מקנה מוליכות ועמידות בפני שחיקה.

B. פוליאמיד תרמופלסטי (TPI)מפגין יציבות תרמית יוצאת מן הכלל, יחד עם עמידות מעולה בפני פגיעה, עמידות בפני קרינה ועמידות לממסים. יתר על כן, חומר מסוג זה מפגין עמידות בפני שחיקה יוצאת דופן בסביבות קיצוניות המאופיינות בטמפרטורות גבוהות, בלחצים משתנים ובמהירויות גבוהות. היישום של חיזוק סיבי פחמן יכול לשפר עוד יותר את הביצועים של חומרים אלה ולהרחיב את טווח היישום שלהם.

C. פוליפנילן גופרתי (PPS)הוא שרף תרמופלסטי חצי גבישי הידוע בתכונות המכאניות המעולות שלו, העמידות הכימית שלו ומאפייני הכיבוי העצמי שלו. בנוסף, סוג זה של חומר מראה תאימות טובה למינרלים אנאורגניים וסיבים אורגניים, מה שהופך אותו למתאים להכנה של חומרים מרוכבים שונים בעלי תכולת מילוי גבוהה. חומרים מרוכבים של סיבי פחמן תרמופלסטיים PPS מציגים תכונות מכניות טובות ועמידות מצוינת לממסים. ביצועי ההתקשרות בין PPS לסיבי פחמן מצוינים אף הם; עם זאת, כל המאפיינים המכניים מושפעים באופן משמעותי משבריר הנפח של בד סיבי פחמן. כאשר חלק הנפח של בד סיבי פחמן הוא מתחת ל-50%, כל התכונות המכניות של הקומפוזיט משתפרות באופן משמעותי עם עלייה בשבריר הנפח של בד סיבי פחמן.

סוגים שונים של שרפים תרמופלסטיים מציגים דרגות שונות של ביצועים בשילוב עם סיבי פחמן, ויש גם הבדלים בהכנה ובעיבוד שלאחר מכן. רק באמצעות ניסויים מתמשכים ניתן למצוא את הפתרונות האופטימליים, שיניעו את כל תעשיית סיבי הפחמן לשלב הבא. נכון לעכשיו, מספר חומרים מרוכבים של סיבי פחמן תרמופלסטיים, כגון CF/PPS ו-CF/PEEK, הוכחו כבעלי ביצועים טובים מבחינת ביצועים, ייצור ומיחזור, מה שהופך אותם לתחומים חשובים למחקר ופיתוח מעמיקים בטווח הקצר. בשנים האחרונות, Zhi Shang New Materials פועלת לשילוב טוב יותר של סיבי פחמן רציפים עם השרפים התרמופלסטיים הללו כדי ליצור סרטים חד-כיווניים עם צורות פיזיות יציבות יותר ותכונות מכניות מעולות. עם ההתקדמות בטכנולוגיה והתאמות ציוד, התבססה היכולת לייצור המוני של מוצרים כאלה.