Pri pripravi termoplastičnih ogljikovih vlaken industrija običajno uporablja ta štiri sredstva za klejenje.

Da bi izboljšali združljivost sredstev za klejenje s kompoziti na osnovi termoplastičnih smol, je industrija izvedla obsežne raziskave o različnih novih sredstvih za klejenje za različne termoplastične smole, da bi dosegli veliko strukturno podobnost in močne interakcije med sredstvi za klejenje in termoplastičnimi smolami. . Po številnih poskusih in primerjalnih ocenah podatkov je bilo ugotovljeno, da so še posebej primerna naslednja štiri lepilna sredstva: poliamid (PA), poliuretan (PU), poliarileter in poliimid (PI).

1. Poliamid (PA) sredstvo za določanje velikosti

Poliamid (PA), znan tudi kot najlon, ima odlično kemično stabilnost, odpornost proti obrabi in mehanske lastnosti. Običajno se uporablja v posebnih vlaknih, inženirski plastiki in kompozitnih matričnih smolah na osnovi termoplastičnih smol. Ker se PA pogosto uporablja kot matrična smola za kompozite na osnovi termoplastičnih smol, lahko izbira PA kot komponente kalibrirnega sredstva poveča medfazno združljivost kompozitov na osnovi termoplastičnih smol.

Sredstvo za klejenje na osnovi topil je bilo pripravljeno z raztapljanjem modificiranega PA v poliolih in nanosom na ogljikova vlakna T300 brez velikosti. To je vodilo do izdelave kompozitov CF/PA66. Dobra združljivost med lepilnim sredstvom in matrično smolo iz najlona 66 je povzročila sinergistični učinek kemične vezave in fizične adsorpcije, kar je uspešno izboljšalo natezno trdnost in udarno trdnost kompozitov za 40,87 % oziroma 43,59 %.

Vendar ta metoda zahteva precejšnjo količino organskih topil, kar resno ogroža varnost okolja in proizvodnje, poleg tega pa je poraba energije za sušenje topil precejšnja. Zato se fokus raziskav kalibrirnih sredstev PA postopoma preusmerja k okolju prijaznejšim sistemom kalibrirnih sredstev na vodni osnovi. Trenutno sta pridobivanje stabilnih dispergiranih emulzij PA z uporabo površinsko aktivnih snovi in ​​priprava vodnih sredstev za klejenje PA s hidrofilno modifikacijo bolj zrela pristopa.

2. Poliuretansko (PU) sredstvo za lepljenje

Poliuretan (PU) ima zaradi svoje edinstvene kemične strukture dobro združljivost in trdnost lepljenja z različnimi termoplastičnimi smolami, zaradi česar je široko uporaben kot sredstvo za lepljenje. Z izkoriščanjem podobnosti in združljivosti med uretanskimi in karbonatnimi strukturami se lahko PU uporablja kot kalibrirno sredstvo za določanje velikosti vlaken v kompozitih iz ogljikovih vlaken (CF)/termoplastičnega polikarbonata (PC) s topilno metodo.

Termična stabilnost poliuretanskega (PU) lepilnega sredstva je odlična; začne izgubljati težo šele pri temperaturah do 270 stopinj. To omogoča kemično vez s karbonatnimi strukturami v polikarbonatni (PC) matrici, kar ima za posledico povečanje interlaminarne strižne trdnosti kompozitov z 38,1 MPa na 62,9 MPa, kar predstavlja 65-odstotno izboljšanje.

Vendar pa z vedno večjim poudarkom na okoljskih vprašanjih PU sredstva za klejenje na osnovi topil postopoma nadomeščajo sistemi klejev na vodni osnovi. Emulzijska disperzija je ena izmed pogosto uporabljenih metod za pripravo PU klejev na vodni osnovi. Sredstva za klejenje PU na osnovi emulzije na vodni osnovi lahko shranjujete do šest mesecev pri običajnih temperaturnih pogojih sušenja, s toplotno odpornostjo, ki doseže 280–300 stopinj, kar lahko zviša interlaminarno strižno trdnost kompozitov CF/PA66 na več kot 78 MPa, kar dokazuje več znatno izboljšanje.

Sredstvo za lepljenje poliariletra

Poliariletri so polimeri, ki vsebujejo aromatske obroče in etrske vezi. Dobro znani primeri vključujejo polieter eter keton (PEEK), polifenilen sulfid (PPS) in polietersulfon (PES). Togi benzenski obroči in prožne etrske povezave dajejo tem materialom odlične mehanske in toplotne lastnosti, obenem pa omogočajo, da so nekateri sistemi kristalni, kar omogoča neprekinjeno uporabo pri visokih temperaturah in vlažnih pogojih. Široko se uporabljajo kot visokozmogljiva inženirska plastika in termoplastične smole v letalstvu, elektroniki, energetiki in medicini.

Vendar pa zaradi toge in stabilne strukture poliariletrov, ki zagotavlja številne prednosti, tudi otežuje reakcijo z drugimi aktivnimi skupinami, kar vodi do šibke medfazne vezi z ogljikovimi vlakni (CF). Zato je modifikacija poliarileterskih sistemov in priprava kalibrirnih sredstev za izboljšanje njihove vezne trdnosti s CF in termoplastičnimi matricami postala prednostna težava, ki jo je treba obravnavati. Obdelava z močno kislino je učinkovita metoda za vnos aktivnih skupin v molekule poliariletra.

Z uporabo obdelave s sulfonacijo so bile strukture natrijevega sulfonata (-SO3Na) uvedene v sistem PEEK za pripravo klejnega sredstva. Sulfonske skupine lahko tvorijo vodikove vezi s skupinami na površini vlaken, sredstvo za klejenje pa je združljivo z matriko PEEK, kar olajša vlaženje in infiltracijo matrične smole v CF. Interlaminarna strižna trdnost kompozitnega materiala je dosegla 78,2 MPa.

Poleg tega je bilo hibridno sredstvo za klejenje na osnovi topil pripravljeno z modificiranjem grafenovega oksida (GO) s strukturo diamina, podobno strukturi polietersulfona (PES), ki ni le uvedla aktivnih amino skupin, ampak je tudi izboljšala toplotno stabilnost sistema. Različne interakcije, kot so kemična vez, vodikova vez, polarna privlačnost, van der Waalsove sile in mehansko prepletanje, lahko dosežejo močno vez med sredstvom za lepljenje, GO, CF in matriko PES, kar ima za posledico 74,1-odstotno izboljšanje medfaznih lastnosti kompozitov CF/PES.

4. Poliimidno (PI) sredstvo za klejenje

Poliimidi (PI) so visoko zmogljivi polimeri, ki vsebujejo imidne obroče v svojem molekularnem ogrodju. Imajo zelo togo verižno strukturo in odlične mehanske lastnosti, zaradi česar so eden izmed polimernih materialov z najvišjo temperaturno oceno. PI so našli široko uporabo v letalstvu, vojaški opremi, elektronskih komunikacijah in na drugih področjih. Med temi so polieterimidna (PEI) sredstva za klejenje, ki vsebujejo prožne etrske vezi, v zadnjih letih pridobila veliko pozornosti kot visokotemperaturna klejila zaradi svoje izjemne toplotne stabilnosti, izboljšane prožnosti, boljše topnosti in združljivosti s termoplastičnimi smolami.

Sredstva za kalitev PI lahko prenesejo visoke temperature in izpolnjujejo pogoje za oblikovanje in uporabo za visoko zmogljive kompozite na osnovi termoplastičnih smol (kot so kompoziti CF/PES in CF/PEEK). Vendar, podobno kot pri poliarileterskih klejnih sredstvih, ima toga in stabilna molekularna struktura PI klejnih sredstev za posledico nizko sposobnost vezave z ogljikovimi vlakni (CF) in slabo obdelavo, zaradi česar je potrebna kemična modifikacija.

Modifikacija kalibrirnega sredstva PI je bila izvedena z uporabo nanodelcev z dispergiranjem večstenskih ogljikovih nanocevk (MWCNT) v diklorometansko raztopino PEI. S topilno metodo je bila obdelana površina CF tkanine razreda T300. Raziskava je pokazala, da je MWCNT v mešanem sredstvu za klejenje učinkovito uvedel veliko število aktivnih skupin in lahko enakomerno prekrije površino vlaken. Po dimenzioniranju lahko imidni obroči v PEI tvorijo polarne interakcije in vodikove vezi s hidroksilnimi in karboksilnimi skupinami na površini MWCNT, medtem ko je med aromatskimi obroči MWCNT in matrično smolo PEEK prišlo do interakcij zlaganja π-π. Ta modifikacija je znatno zavirala širjenje razpok, kar je na koncu povzročilo interlaminarno strižno trdnost 90,7 MPa za kompozitni material.

Strogo gledano, poliamid (PA), poliuretan (PU), poliarileter in poliimid (PI) predstavljajo štiri kategorije sredstev za klejenje, od katerih je vsaka prilagojena za različne vrste termoplastičnih smol. Ti sistemi kalibrirnih sredstev so običajno podvrženi različnim spremembam med uporabo, da učinkovito izboljšajo karakteristike delovanja termoplastičnih kompozitov iz ogljikovih vlaken. Poleg tega je bistveno razmisliti, ali lahko poskusni procesi povzročijo pomembne negativne vplive na okolje. Za iskanje optimalnih rešitev si številni strokovnjaki in znanstveniki tako doma kot v tujini prizadevajo prepoznati najprimernejše pristope.