Rješenja za probleme vlaženja smole u kompozitima ugljično-aramidne tkanine i utjecaj na sadržaj šupljina i mehaničku izvedbu

I. Složenosti hibridnih kompozita

The karbon aramidna tkanina hibridni kompozit je materijal dizajniran za ekstremna okruženja, koji nudi visoku krutost i čvrstoću karbonskih vlakana u kombinaciji s izuzetnom otpornošću na udarce i otpornošću na oštećenja aramidnih vlakana. Ova mješavina je ključna u tehničkim sektorima kao što su zrakoplovno inženjerstvo, proizvodnja automobila i sportska oprema visokih performansi. Međutim, proizvodnja ovih hibridnih komponenti predstavlja značajnu tehničku prepreku: inherentna niska površinska energija aramidnih vlakana, što često rezultira slabim vlaženjem smole i posljedično dovodi do visokog sadržaja šupljina i ugroženih mehaničkih svojstava. Jiangyin Dongli New Materials Technology Co., Ltd. specijalizirana je za sveobuhvatan razvoj i proizvodnju ovih vlaknastih kompozitnih materijala visokih performansi. Djelujući iz industrijskog kompleksa od 32.000 četvornih metara, uključujući precizno kontrolirana proizvodna okruženja kao što su radionice s reguliranom klimom i zone za pročišćavanje od 100.000 stupnjeva, koristimo integriranu inovaciju materijala i inženjersku stručnost. Kao tvornica na jednom mjestu, naše mogućnosti obuhvaćaju cijeli proces, od tkanja i proizvodnje preprega do konačne proizvodnje kompozita korištenjem tehnologija kao što su Autoclave, RTM i PCM.

3k 1000d/1500d obična/keper aramidna ugljična tkanina od miješanih ugljičnih vlakana

II. Izazov vlaženja smole: Aramidova niska površinska energija

Vlaženje je regulirano načelima površinske kemije, posebno ravnotežom između površinske energije vlakna i površinske napetosti smole. Aramidna vlakna, zbog svoje visoko usmjerene aromatske polimerne strukture, kemijski su inertna i imaju vrlo nisku površinsku energiju (često oko 30-40 mN/m). Ova niska površinska energija rezultira velikim kontaktnim kutom sa standardnim epoksidnim ili vinil esterskim smolama, sprječavajući kapilarno djelovanje (širenje) smole i temeljito prodiranje u snopove vlakana. Ovaj nedostatak međupovršinske adhezije drastično ugrožava strukturalni prijenos opterećenja, što je temeljna svrha svakog kompozita.

A. Otopina preprega od aramidnih vlakana niske površinske energije

Za postupak preprega, gdje se smola djelomično stvrdnjava na vlaknu, rješenje za prepreg od aramidnih vlakana niske površinske energije često uključuje manipuliranje uvjetima obrade kako bi se poboljšalo prodiranje. To obično uključuje povećanje temperature preprega kako bi se privremeno smanjila viskoznost smole i primjenu višeg tlaka tijekom početne faze impregnacije. Dok postupak preprega (koji intenzivno koristi Dongli) općenito daje niži sadržaj šupljina od mokrog slaganja zbog kontroliranog sadržaja smole i vakuumske konsolidacije, aramidna komponenta još uvijek predstavlja izazov u usporedbi s karbonskim vlaknima koja se lako močiju unutar karbonsko-aramidne tkanine. Usporedba metoda obrade naglašava poteškoće:

III. Rješenja: Modifikacija površine i optimizacija smole

Inženjeri moraju aktivno intervenirati kako bi poboljšali sučelje karbonsko-aramidne tkanine, koristeći ili modifikaciju površine vlakana ili prilagodbe formulacije smole.

A. Površinska obrada za prianjanje smole od aramidnih vlakana

Najutjecajniji zahvat je prethodna obrada aramidnih filamenata. Učinkovita površinska obrada za adheziju smole od aramidnih vlakana uključuje kemijsko jetkanje (npr. kisele ili alkalne otopine) ili plazma obradu. Ovi procesi uvode aktivne funkcionalne skupine (kao što su hidroksilne ili karboksilne skupine) na površinu aramida, povećavajući njegovu površinsku energiju i stvarajući jake kovalentne veze ili vodikove veze s polimernom matricom. Kritični kompromis je osiguravanje da obrada poboljšava prianjanje bez nanošenja strukturnog oštećenja visokokristalne strukture aramida, što bi ugrozilo njegovu inherentnu vlačnu čvrstoću.

B. Metode poboljšanja vlaženja smole ugljično-aramidne tkanine

Ako modifikacija vlakana nije izvediva, mora se primijeniti modifikacija smolom. Metode poboljšanja vlaženja smole ugljično-aramidne tkanine usmjerene su na podešavanje površinske napetosti smole da bude niža od površinske energije vlakna (Youngova jednadžba). To uključuje dodavanje specifičnih surfaktanata ili nereaktivnih razrjeđivača u formulaciju smole. Dodatno, procesi kao što je Transfer Molding smole (RTM) ili vakuumski potpomognuta infuzija smole (VARI), koji se koriste u Donglijevom postrojenju, oslanjaju se na precizan vakuumski tlak i kontrolirane brzine protoka kako bi se smola mehanički potisnula u čvrsto tkane aramidne snopove, kompenzirajući slabo prirodno vlaženje.

IV. Posljedice: Praznina i mehanička degradacija

Neuspjeh u postizanju dovoljnog vlaženja smole ima izravne, mjerljive negativne utjecaje na strukturni integritet i performanse gotovog kompozitnog dijela od karbonsko-aramidne tkanine.

A. Hibridni ugljično-aramidni kompozitni sadržaj šupljina

Nedostatak vlaženja smole vodeći je uzrok poroznosti ili sadržaja praznina (mjehurići zraka zarobljeni unutar laminata). Šupljine djeluju kao koncentratori naprezanja i mjesta inicijacije loma. Utjecaj sadržaja šupljina hibridnog ugljično-aramidnog kompozita najjači je na svojstva kojima dominira matrica, posebno na međulaminarnu čvrstoću na smicanje (ILSS). Visok sadržaj šupljina drastično smanjuje sposobnost materijala da se odupre raslojavanju. Degradacija mehaničkih svojstava zbog šupljina dobro je dokumentirana:

B. Mehanička svojstva karbonsko-aramidne tkanine za mokro slaganje

Za kompozitne strukture proizvedene korištenjem metode mehaničkih svojstava karbonske aramidne tkanine s mokrim slojem, slabo vlaženje također posebno ugrožava ključne karakteristike performansi koje osigurava aramidno vlakno. Aramid je uključen prvenstveno zbog svoje visoke sposobnosti apsorpcije energije (otpornost na udarce). Ako smola ne prianja u potpunosti na aramidno vlakno, opterećenje se ne može učinkovito prenijeti, smanjujući sposobnost vlakana da zaustave širenje pukotina, čime se ugrožava otpornost na udarce i drastično smanjuje vijek trajanja cijelog laminata.

V. Kontrola kvalitete i potpuna stručnost procesa

U Jiangyin Dongli New Materials Technology Co., Ltd., ublažavamo te probleme s vlaženjem i šupljinama putem potpuno integriranog pristupa na jednom mjestu. Naše kontrolirano proizvodno okruženje, uključujući zone pročišćavanja od 100.000 stupnjeva, smanjuje kontaminaciju koja može poremetiti vlaženje. Koristimo napredne proizvodne procese, uključujući Autoclave, RTM, RMCP, PCM, WCM i tehnologije raspršivanja, osiguravajući da svaka faza, od istraživanja i razvoja visokoučinkovitih vlaknastih tkanina do konačnog kompozitnog proizvoda, poštuje rigorozne standarde kvalitete, minimizirajući sadržaj šupljina i jamčeći navedene mehaničke performanse.

VI. Projektiranje sučelja

Maksimiziranje strukturnih i mehaničkih performansi kompozita ugljično-aramidne tkanine ovisi o uspješnom projektiranju sučelja vlakno-smola kako bi se prevladala niska površinska energija aramida. Bilo putem sofisticiranih aramidnih vlakana niskoenergetskih metoda otopine preprega ili prethodne obrade vlakana korištenjem površinske obrade za tehnike prianjanja smole od aramidnih vlakana, bitna je pedantna kontrola procesa i primjena znanosti o materijalima. B2B kupci koji traže komponente visoke pouzdanosti moraju surađivati ​​s proizvođačima koji posjeduju stručnost i potpunu kontrolu procesa, kao što je Dongli, kako bi osigurali da se nizak sadržaj šupljina izravno pretvara u visoku mehaničku čvrstoću i iznimnu izdržljivost.

VII. Često postavljana pitanja (FAQ)

P1: Zašto je aramidno vlakno prirodno otporno na vlaženje smolom?

• O: Aramidno vlakno sastoji se od visoko orijentiranih lanaca aromatskih polimera koji su kemijski inertni i nemaju aktivne funkcionalne skupine na površini. To rezultira inherentno niskom površinskom energijom, što uzrokuje da se smole visoke površinske napetosti zgrče (visoki kontaktni kut) umjesto da se šire i učinkovito prodiru.

P2: Koji je najčešći pojedinačni kvar uzrokovan slabim vlaženjem smole u karbonsko-aramidnoj tkanini?

• O: Pojedinačni najčešći nedostatak je visok sadržaj šupljina (poroznost). Nenamočeni snopovi vlakana hvataju mjehuriće zraka tijekom procesa stvrdnjavanja, a te šupljine djeluju kao kritični koncentratori naprezanja, posebno slabeći međulaminarnu čvrstoću na smicanje (ILSS) utjecaja šupljina hibridnog ugljično-aramidnog kompozita.

P3: Što je učinkovitije za rješavanje problema niske površinske energije: obrada površine vlakana ili smanjenje viskoznosti smole?

• O: Površinska obrada vlakana (npr. plazma ili kemijska) općenito je fundamentalnije učinkovita jer kemijski mijenja površinsku energiju vlakana, potičući stvarno kemijsko vezivanje. Smanjenje viskoznosti smole, jedna od metoda poboljšanja vlaženja smole ugljično-aramidne tkanine, pomaže mehanički, ali ne poboljšava snagu kemijske adhezije na međupovršini.

P4: Kako slabo vlaženje utječe na otpornost na udarce, što je ključna prednost aramidnih vlakana?

• O: Loše vlaženje izolira aramidna vlakna od nosive matrice smole. Tijekom udara, energija se ne može učinkovito prenijeti s matrice na aramidna vlakna visoke žilavosti, sprječavajući vlakna da apsorbiraju energiju i zaustave širenje pukotine, čime se ugrožava ukupna izvedba kompozita pri udaru.

P5: Zašto su proizvođačima potrebna specijalizirana okruženja (kao što su zone pročišćavanja od 100.000 stupnjeva) za obradu karbonsko-aramidne tkanine?

• O: Precizno okruženje je ključno jer površinski kontaminanti (poput prašine, ulja ili vlage) mogu drastično smanjiti ionako nisku površinsku energiju vlakna, što dovodi do još goreg vlaženja smole. Čiste sobe osiguravaju da se materijal obrađuje pod optimalnim uvjetima bez kontaminacije kako bi se maksimalno iskoristio potencijal odabranog rješenja za prepreg niske površinske energije od aramidnih vlakana.