מדוע חומרים מרוכבים המבוססים על סיבי פחמן הם טובים?

ניתוח של תכונות העמידות בפני שחיקה של חומרים מרוכבים בניילון מחוזק בסיבי פחמן (CF/PA)

ניילון (PA) נמצא בשימוש נרחב כחומר מרוכב פולימרי תרמופלסטי רב תכליתי בתחומים רבים בגלל התכונות המכניות היוצאות מהכלל שלו, מקדם החיכוך הנמוך והשפעת החוזק המצוינת שלו. עם זאת, בתעשיות מתקדמות עם דרישות גבוהות לביצועי מוצר, כגון אנרגיה חדשה, טיפול רפואי מהיר וציוד חכם, חומרי הרשות הפלסטינית המסורתיים הראו מגבלות מוצר במונחים של עמידות בחום ותחזוקת מימדים. כדי לפתור בעיות אלה, נוצרו חומרים מרוכבים תרמופלסטיים מחוזקים בסיבי פחמן רציפים שנוצרו על ידי שילוב של סיבי פחמן (CH) עם חומרי PA מסורתיים. חומר זה לא רק משפר משמעותית את התכונות המכניות, אלא גם מתפקד מצוין בתכונות פיזיקליות אחרות כגון עמידות בפני שחיקה.

תכונות החיכוך והבלאי של תרמופלסטיים מרוכבים Pa6 מתויקים עם סיבי פחמן מעריכים את הביצועים של חומרים מרוכבים CF/PA בפירוט, בוחר סיבי פחמן עם אחוזי נפח שונים (10vol%, 20vol%, 30vol%) כחיזוק , ועורכת בדיקות בלאי חיכוך בתנאי לחות (30~45%), עומס מוגדר (0~16N) ו תדר חיכוך (0-12HZ).

שינויים במקדם החיכוך

תחת העומס שנקבע של 9N ותדירות החיכוך של 4HZ, מקדם החיכוך של דגימות חומר PA טהור גדל במהירות עם הזמן. מקדם החיכוך של 20wt% ו-30wt% דגימות חומרים מרוכבים CF/PA עולה עם הזמן בעיקר בדפוס פרבולי, בעוד שמקדם החיכוך של 10wt% דגימות חומרים מרוכבים CF/PA גדל תחילה ואז יורד, ולבסוף מראה מגמת עלייה.

לסיכום, ככל שאחוז הנפח של חיזוק סיבי פחמן עולה, מקדם החיכוך של החומר המרוכב CF/PA שנוצר יורד בהדרגה, וניתן לראות שמקדם החיכוך של חומר PA טהור גבוה מזה של כל אחוז נפח של CF /PA חומר מרוכב. הבולט ביותר הוא שהחומר המרוכב CF/PA 20wt% מציג את מקדם החיכוך הנמוך ביותר. הדבר נגרם על ידי האינטראקציה בין סיבי הפחמן או המיקרו-מבנה על פני סיבי הפחמן לבין ממשק המטריצה. עשויה להיות לו אפקט סיכה מסוים במהלך תהליך החיכוך, ובכך להפחית את מקדם החיכוך של החומר המרוכב.

נפח נזקי חיכוך

תחת אותו כוח עומס או תדירות חיכוך, נפח נזקי החיכוך של מדגם חומר ה-PA הטהור הוא הגדול ביותר, בעוד שנפח נזקי החיכוך של החומר המרוכב 20wt19% CF/PA הוא הקטן ביותר. זה מראה שלחומר המרוכב CF/PA יש עמידות טובה יותר. כאשר כוח העומס גדל ל-9-15N, נפח נזקי החיכוך של החומר המרוכב 30wt% CF/PA גדל לפתע בחדות, דבר שעשוי לנבוע מתכולת סיבי הפחמן המוגזמת הגורמת ללחץ הפנימי של החומר המרוכב. להתרכז במקום אחד.

על פי תוצאות סריקת SEM, ישנם סדקים ברורים על פני השטח של דגימת חומר ה-PA הטהור, ותופעת הקילוף נוצרת, אך סימני הבלאי של החומר המרוכב CF/PA פחותים משמעותית, במיוחד 20wt% CF/PA חומר מרוכב, שכמעט ואין בו את תופעת הקילוף הזו. ניתן לומר כי הכמות המתאימה של חיזוק סיבי פחמן יכולה לתמוך ביעילות במשיכת העומס ממשטח המגע ולמנוע מהחומר להיפרד.

בייצור בפועל של CFPA6, Zhishang New Materials Technology מצאה שגם הביצועים של החומר המרוכב יושפעו ישירות מכדור הזהב שרף. המחקר מצא שכאשר חלקי המסה של סיבי פחמן רציפים ושרף PA מתמזגים, חוזק המתיחה, מודול אלסטית הכיפוף וחוזק הכיפוף של החומר המרוכב משתפרים באופן משמעותי ביותר, שיכול להיות גבוה פי 2-3 מזה. של שרף PA טהור. זה מראה באופן מלא שניתן לשפר מאוד את תכונות התרמופלסטיות והשרף תחת חיזוק של סיבי פחמן.

בקצב הזמן, התפתחות המדע והטכנולוגיה וקידום הטכנולוגיה יכולים לספק שדרוג עמוק יותר לחומרים מרוכבים CF/PA. אנו מאמינים כי חומר זה יכול להיות בשימוש נרחב יותר בתחומים שונים בעתיד. במיוחד בתרחישים הדורשים עמידות בפני סביבות פגומות מאוד כמו טמפרטורה גבוהה ולחות גבוהה.