Pri príprave termoplastických uhlíkových vlákien priemysel bežne používa tieto štyri šlichtovacie činidlá.

Aby sa zlepšila kompatibilita šlichtovacích činidiel s kompozitmi na báze termoplastickej živice, priemysel vykonal rozsiahly výskum rôznych nových glejovacích činidiel pre rôzne termoplastické živice s cieľom dosiahnuť blízku štrukturálnu podobnosť a silné interakcie medzi glejovacími činidlami a termoplastickými živicami. . Po mnohých experimentoch a porovnávacích vyhodnoteniach údajov sa zistilo, že nasledujúce štyri šlichtovacie činidlá sú obzvlášť vhodné: polyamid (PA), polyuretán (PU), polyaryléter a polyimid (PI).

1. Polyamid (PA) glejovacie činidlo

Polyamid (PA), tiež známy ako nylon, má vynikajúcu chemickú stabilitu, odolnosť proti opotrebovaniu a mechanické vlastnosti. Bežne sa používa v špeciálnych vláknach, technických plastoch a kompozitných matricových živiciach na báze termoplastickej živice. Keďže PA sa široko používa ako matricová živica pre kompozity na báze termoplastickej živice, výber PA ako zložky glejovacieho činidla môže zlepšiť medzifázovú kompatibilitu kompozitov na báze termoplastickej živice.

Šlichtovacie činidlo na báze rozpúšťadla sa pripravilo rozpustením modifikovaného PA v polyoloch a jeho nanesením na uhlíkové vlákno T300 zbavené veľkosti. To viedlo k výrobe kompozitov CF/PA66. Dobrá kompatibilita medzi šlichtovacím činidlom a matricovou živicou z nylonu 66 viedla k synergickému účinku chemickej väzby a fyzikálnej adsorpcie, čím sa úspešne zlepšila pevnosť v ťahu a rázová húževnatosť kompozitov o 40,87 % a 43,59 %.

Tento spôsob však vyžaduje značné množstvo organických rozpúšťadiel, čo predstavuje vážne ohrozenie bezpečnosti životného prostredia a výroby a spotreba energie na sušenie rozpúšťadiel je značná. Preto sa zameranie výskumu PA glejovacích činidiel postupne presúva smerom k ekologickejším systémom glejovacích činidiel na vodnej báze. V súčasnosti je získanie stabilných dispergovaných emulzií PA pomocou povrchovo aktívnych látok a príprava vodných glejovacích činidiel PA hydrofilnou modifikáciou zrelšími prístupmi.

2. Polyuretánové (PU) glejovacie činidlo

Polyuretán (PU) vykazuje dobrú kompatibilitu a pevnosť spojenia s rôznymi termoplastickými živicami vďaka svojej jedinečnej chemickej štruktúre, vďaka čomu je široko použiteľný ako glej. Využitím podobností a kompatibility medzi uretánovými a karbonátovými štruktúrami možno PU použiť ako šlichtovacie činidlo na glejenie vlákien v kompozitoch uhlíkové vlákno (CF)/termoplastický polykarbonát (PC) pomocou metódy rozpúšťadla.

Tepelná stabilita polyuretánového (PU) gleja je vynikajúca; začína chudnúť až pri teplotách do 270 stupňov. To umožňuje chemickú väzbu s karbonátovými štruktúrami v polykarbonátovej (PC) matrici, čo vedie k zvýšeniu medzilaminárnej pevnosti v šmyku kompozitov z 38,1 MPa na 62,9 MPa, čo predstavuje 65 % zlepšenie.

S rastúcim dôrazom na environmentálne otázky sa však PU šlichtovacie činidlá na báze rozpúšťadiel postupne nahrádzajú systémami šlichtovacích činidiel na vodnej báze. Emulzná disperzia je jednou z bežne používaných metód na prípravu PU glejov na vodnej báze. Emulzné PU šlichtovacie činidlá na vodnej báze je možné skladovať až šesť mesiacov za normálnych podmienok sušenia, s tepelnou odolnosťou dosahujúcou 280 – 300 stupňov, čo môže zvýšiť interlaminárnu pevnosť v šmyku kompozitov CF/PA66 na viac ako 78 MPa, čo dokazuje viac. výrazné zlepšenie.

Polyaryléterové glejovacie činidlo

Polyarylétery sú polyméry, ktoré obsahujú aromatické kruhy a éterové väzby. Medzi dobre známe príklady patrí polyéteréterketón (PEEK), polyfenylénsulfid (PPS) a polyétersulfón (PES). Pevné benzénové kruhy a flexibilné éterové väzby dodávajú týmto materiálom vynikajúce mechanické a tepelné vlastnosti a zároveň umožňujú, aby niektoré systémy boli kryštalické, čo umožňuje nepretržité použitie pri vysokej teplote a vlhku. Sú široko používané ako vysokovýkonné technické plasty a termoplastické živice v leteckom priemysle, elektronike, energetike a medicíne.

Pevná a stabilná štruktúra polyaryléterov, ktorá poskytuje mnoho výhod, však tiež sťažuje reakciu s inými aktívnymi skupinami, čo vedie k slabej medzifázovej väzbe s uhlíkovými vláknami (CF). Preto sa prioritným problémom, ktorý treba riešiť, stala modifikácia polyaryléterových systémov a príprava glejovacích činidiel na zvýšenie ich pevnosti spojenia s CF a termoplastickými matricami. Ošetrenie silnou kyselinou je účinný spôsob zavádzania aktívnych skupín do polyaryléterových molekúl.

Použitím sulfonačného spracovania sa do systému PEEK zaviedli štruktúry sulfonátu sodného (-SO3Na), aby sa pripravilo glejovacie činidlo. Sulfónové skupiny môžu vytvárať vodíkové väzby so skupinami na povrchu vlákna a šlichtovacie činidlo je kompatibilné s matricou PEEK, čo uľahčuje zmáčanie a infiltráciu matricovej živice do CF. Interlaminárna šmyková pevnosť kompozitného materiálu dosiahla 78,2 MPa.

Okrem toho sa hybridné glejovacie činidlo na báze rozpúšťadla pripravilo modifikáciou oxidu grafénu (GO) s diamínovou štruktúrou podobnou štruktúre polyétersulfónu (PES), čo nielen zaviedlo aktívne aminoskupiny, ale tiež zlepšilo tepelnú stabilitu systému. Rôzne interakcie, ako je chemická väzba, vodíková väzba, polárna príťažlivosť, van der Waalsove sily a mechanické vzájomné spojenie, môžu dosiahnuť silnú väzbu medzi glejovacím činidlom, GO, CF a matricou PES, čo vedie k 74,1 % zlepšeniu medzifázových vlastností. kompozitov CF/PES.

4. Polyimid (PI) glejovacie činidlo

Polyimidy (PI) sú vysokovýkonné polyméry, ktoré obsahujú imidové kruhy vo svojej molekulárnej kostre. Majú vysoko tuhú reťazovú štruktúru a vynikajúce mechanické vlastnosti, čo z nich robí jeden z polymérnych materiálov s najvyššou teplotou. PI našli široké uplatnenie v letectve, vojenskom vybavení, elektronickej komunikácii a ďalších oblastiach. Spomedzi nich si v posledných rokoch získali značnú pozornosť polyéterimidové (PEI) glejivá, ktoré obsahujú flexibilné éterové väzby, ako vysokoteplotné glejivá vďaka svojej výnimočnej tepelnej stabilite, zlepšenej flexibilite, lepšej rozpustnosti a kompatibilite s termoplastickými živicami.

PI glejovacie činidlá môžu odolať vysokým teplotám, spĺňajúc podmienky tvarovania a používania pre vysokovýkonné kompozity na báze termoplastickej živice (ako sú kompozity CF/PES a CF/PEEK). Avšak podobne ako v prípade polyaryléterových šlichtovacích činidiel, tuhá a stabilná molekulárna štruktúra PI šlichtovacích činidiel vedie k nízkej väzobnej kapacite s uhlíkovými vláknami (CF) a zlej spracovateľnosti, čo si vyžaduje chemickú modifikáciu.

Modifikácia PI glejovacieho činidla sa uskutočnila pomocou nanočastíc dispergovaním viacstenných uhlíkových nanorúrok (MWCNT) do dichlórmetánového roztoku PEI. Použitím rozpúšťadlovej metódy bol povrch tkaniny CF triedy T300 upravený. Výskum zistil, že MWCNT v zmiešanom šlichtovacom činidle účinne zaviedol veľký počet aktívnych skupín a mohol rovnomerne pokryť povrch vlákna. Po dimenzovaní mohli imidové kruhy v PEI vytvárať polárne interakcie a vodíkové väzby s hydroxylovými a karboxylovými skupinami na povrchu MWCNT, zatiaľ čo medzi aromatickými kruhmi MWCNT a matricovou živicou PEEK došlo k interakciám π-π. Táto modifikácia významne inhibovala šírenie trhlín, čo nakoniec viedlo k interlaminárnej pevnosti v šmyku 90,7 MPa pre kompozitný materiál.

Presne povedané, polyamid (PA), polyuretán (PU), polyaryléter a polyimid (PI) predstavujú štyri kategórie šlichtovacích činidiel, z ktorých každá je prispôsobená pre rôzne typy termoplastických živíc. Tieto systémy šlichtovacích činidiel zvyčajne podliehajú rôznym modifikáciám počas používania, aby sa účinne zlepšili výkonnostné charakteristiky termoplastických kompozitov s uhlíkovými vláknami. Okrem toho je nevyhnutné zvážiť, či experimentálne procesy môžu spôsobiť významné negatívne vplyvy na životné prostredie. Na nájdenie optimálnych riešení sa mnohí odborníci a učenci doma aj v zahraničí snažia identifikovať najvhodnejšie prístupy.