열가소성 탄소섬유는 탄소섬유 산업의 미래 발전을 위한 중요한 방향이다. 높은 기계적 특성과 변형 가능한 가공 특성으로 인해 열가소성 탄소 섬유 제품의 가공 및 재사용에 더 큰 역할을 할 수 있습니다. 열가소성 탄소섬유는 항공우주, 항공 등 고급 분야에 적합하다. 더 나은 고온 저항과 더 포괄적인 응용 시나리오를 제공합니다. 현 단계에서는 CF/PEEK, CF/PPS, CF/PA 등을 포함하여 일괄적으로 제조할 수 있는 열가소성 탄소섬유 유형이 많지 않습니다.
항공우주 및 기타 산업의 실제 사용 요구를 충족시키기 위해 위의 복합 재료는 인성을 높이는 등 어느 정도 수정해야 할 수도 있습니다. 열가소성 복합재의 인성을 높이려면 강화제를 추가하거나 기타 강화제를 추가하는 등 다양한 측면에서 시작할 수 있습니다. 물리적 또는 화학적 방법을 사용하여 탄소 섬유 표면을 수정하고 강화할 수도 있습니다. 성형 공정을 개선할 수도 있습니다. 조정은 복합 재료의 강화 효과를 촉진합니다.
1. 강인화제 혼합 및 강화: 복합 재료 변형에서 물리적 혼합 변형은 가장 간단하고 가장 일반적으로 사용되는 변형 방법입니다. 열가소성 탄소섬유 복합재의 특성은 탄소섬유와 열가소성 수지 매트릭스 사이의 계면 결합 상태와 밀접한 관련이 있습니다. 복합 재료의 인성을 높이기 위해 특정 강인화제를 첨가하여 재료의 계면 결합 효과를 향상시키고 복합 재료의 인성을 높일 수 있습니다.
말레산 무수물(MAH)은 폴리아미드(PA)와 반응하여 상용화할 수 있습니다. 둘은 궁합이 좋습니다. MAH와 PA의 우수한 상용성으로 인해 강화제는 PA 매트릭스에 빠르게 분산될 수 있습니다. 연구에 따르면 PA6/CF 복합 재료의 경우 강화제 POE-g-MAH를 첨가하면 복합 재료의 충격 특성이 크게 향상될 수 있는 것으로 나타났습니다. 충격 강도가 6.2kJ/m2에서 9.0kJ/m2로 증가하고 강화 효과가 뚜렷합니다.
단점 : 적당한 양의 강인화제를 첨가하면 복합재료의 인성을 향상시키는 데 도움이 되지만, 강인화제 함량이 증가하면 입자 크기가 과도해지고 분산 효과가 감소하여 재료의 다른 기계적 특성에 영향을 미치는 등의 문제가 발생할 수 있으므로 이에 대한 관리가 필요합니다. 강화제를 적절히 첨가해야 합니다.
2. 강화 하이브리드 강화 : 열가소성 탄소섬유 복합재료에 탄소섬유, 열가소성 수지 외에 유리섬유(GF), 아라미드섬유(AF), 탄소나노튜브 등 기타 보강재를 첨가해 열가소성 탄소섬유를 강화한다. 복합 재료의 인성은 또한 강화 효과를 얻을 수 있습니다.
실험에 따르면 CF, GF 및 POE-g-MAH가 PA66에 추가되어 하이브리드 섬유/POE-g-MAH 복합 강화 PA66 재료를 준비하는 것으로 나타났습니다. 유리섬유 첨가량을 15%로 했을 때 강인화 효과가 가장 좋아 CF보다 우수하다. 충전재 단독의 충격강도가 34.02% 증가해 개선효과가 뚜렷했다. CF/PET 복합재료를 제조할 때 아라미드 섬유를 코팅하여 개질하는 역할을 합니다. 복합재료의 충격강도가 대폭 향상되었습니다. 복합재료의 충격강도는 1겹 코팅시 65.8%, 2겹 코팅시 45.6% 증가하였습니다. 강화 효과가 크게 향상됩니다.
일부 연구에서는 PA6에 대한 HNT와 CF의 시너지 강화 및 강화 효과를 연구하기 위해 두 가지 강화 재료인 CF와 할로이사이트 나노튜브(HNT)의 장점을 결합한 것으로 나타났습니다. 기계적 물성 시험 결과, PA6/30%CF/10%HNTs는 최대 충격강도가 8.9kJ/m2이고, HNT는 PA6/CF 복합재료에 강인화 효과가 있으며, HNT와 CF는 강인화에 시너지 효과가 있는 것으로 나타났습니다.
3. 탄소 섬유 표면 처리: 수정되지 않은 탄소 섬유는 부서지기 쉽고 표면 불활성이 강하며 활성 그룹이 부족하여 탄소 섬유와 열가소성 수지 매트릭스 간의 상용성이 떨어지고 계면 구조와 성능에 영향을 미칩니다. 탄소섬유의 표면처리를 통해 탄소섬유의 표면 화학적 활성, 표면 자유에너지 또는 표면 거칠기를 증가시킬 수 있으며, 이는 탄소섬유와 열가소성 매트릭스 사이의 습윤 정도를 향상시키는 데 도움을 주어 자체를 포함한 복합재료의 전반적인 성능을 향상시킬 수 있습니다. 인성. 탄소섬유의 표면을 처리하는 방법에는 사이징제 처리, 표면 물리적 개질, 표면 화학적 개질 등 여러 가지 방법이 있습니다.
사이징제에 의한 복합재료의 계면특성 개선은 침투, 접착 등의 물리적 효과뿐만 아니라 탄소섬유 표면의 다수의 활성기와 매트릭스의 결합을 통한 화학적 효과를 통해 공유결합을 생성함으로써 달성할 수 있습니다. 채권. 실험 데이터에 따르면 아디프산과 같은 원료는 용융 축합되어 열가소성 코폴리아미드를 형성하며, 이는 PA6/CF 복합 재료를 개질하기 위해 사이징제(co-PA)로 제형화됩니다. 최적의 사이징제 함량 4%에서 복합재료의 계면 전단 강도(IFSS)는 37.6MPa에 도달하며 이는 사이징되지 않은 PA6/CF보다 43.76% 더 높습니다.
탄소섬유 표면을 물리적으로 변형하는 다른 방법으로는 초음파 분산, 계면활성제 처리, 전기화학적 증착 등이 있습니다. 실험 데이터에 따르면 PDDA(폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드)를 사용하여 산화 그래핀(P-SG)을 수정하고 CF와 혼합하여 초음파 처리를 함으로써 P-SG가 CF 표면에 성공적으로 부착되어 PA6/C -SG 복합재를 얻었습니다. 결론은 탄소섬유 함량이 증가함에 따라 변형된 복합재료의 충격강도가 크게 증가한다는 것입니다. 탄소섬유 함량이 13%일 때 충격강도는 36.52kJ/m2, 충격성능은 113.17% 향상된다.
탄소 섬유 표면의 화학적 변형은 탄소 섬유를 용액 환경에 넣고 선택적으로 재료 표면을 변형하여 더 많은 활성 그룹을 제공하고 계면 결합력을 높이는 것입니다. 또는 다른 용매를 사용하여 CF 표면의 거칠기를 개선하여 표면 화학적 특성을 제어합니다. 그 중 커플링제 방법은 가장 일반적으로 사용되는 화학적 변형 방법 중 하나입니다. 실험 데이터에 따르면 탄소섬유 표면을 실란 커플링제(KH550)로 화학적으로 개질하여 PA6/CF 복합재료를 제조한 경우, 노치 충격 시험 결과 개질된 탄소섬유 함량이 20%일 때, PA6/CF의 노치 없는 충격 강도는 최대값(18.5±0.6) kJ/m2에 도달하며, 이는 해당 처리되지 않은 함량보다 52% 더 높습니다.
4. 가공 및 성형 공정 제어: 열가소성 탄소 섬유 복합 시트의 성형 및 가공과 재료 구성 요소 연결 기술도 최종 재료 특성에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 재료성형과정에서 성형온도, 성형압력 등을 조절함으로써 복합재료의 계면접착상황을 조절하고 계면성능을 변화시킬 수 있다.
성형 온도가 높을수록 수지 매트릭스의 점도가 낮아지고 유동성이 좋아지며 탄소 섬유의 침투가 더욱 완전해지고 계면 접촉 면적이 증가합니다. 따라서 동일한 균열 연장 길이 하에서 시편이 찢어지는 데 필요한 하중 값이 클수록, 즉 I 층간 파괴 인성이 높아집니다. 성형 압력과 관련하여 고압에서는 분자 사슬 이동이 방해되어 수지와 매트릭스에 더 잘 침투할 수 없으므로 적절한 압력 성형 조건을 선택해야 합니다. 적절한 냉각 속도는 복합 재료의 인성을 향상시킬 수도 있습니다.
또한 다양한 성형 방법도 최종 역학 및 재료의 기타 특성에 상당한 영향을 미칩니다. 실험 데이터에서는 압출/사출 공정과 장섬유 열가소성(LFT)/사출 성형 공정을 이용한 ABS/CF 복합재료를 비교하고, 두 공정이 섬유 길이 분포, 인장, 충격 및 기타 재료의 특성에 미치는 영향을 보여줍니다. 비교되었다. 영향. 결과에 따르면 ABS/L-CF 복합재의 최소 CF 길이는 ABS/E-CF 복합재의 최대 섬유 길이의 약 3배입니다. ABS/L-CF의 충격 강도는 ABS/ECF보다 약 105%~155% 더 높습니다.
열가소성 탄소섬유 복합재에 대한 국내외 연구는 멈추지 않았으며, 인성을 높이는 것은 연구 방향 중 하나일 뿐입니다. 열가소성 탄소섬유는 최첨단 신복합재료로서 엄청난 잠재력을 갖고 있지만 이를 산업지원으로 전환하는 것도 마찬가지로 어렵다. 열가소성 탄소섬유의 특성을 보다 완전하고 성숙하게 응용하기 위해서는 강인화 등의 방향에 대한 연구가 필수적이다. 기반이 탄탄해야 탄소섬유산업의 발전이 탄탄해질 수 있다.