Megoldások a szén-aramid szövetkompozitok gyanta-nedvesedési problémáira, valamint a hézagtartalomra és a mechanikai teljesítményre gyakorolt hatásra

I. A hibrid kompozitok összetettségei

A szén aramid szövet A hibrid kompozit egy extrém környezetre tervezett anyag, amely a szénszálak nagy merevségét és szilárdságát, valamint az aramidszálak kivételes ütésállóságát és sérüléstűrő képességét kínálja. Ez a keverék kritikus fontosságú az olyan műszaki ágazatokban, mint a repülőgépgyártás, az autóipar és a nagy teljesítményű sportfelszerelések. Ezeknek a hibrid alkatrészeknek a gyártása azonban jelentős technikai akadályt jelent: az aramidszálak eredendően alacsony felületi energiája, ami gyakran gyenge gyantanedvesedést eredményez, és ezt követően magas hézagtartalomhoz és mechanikai tulajdonságok romlásához vezet. A Jiangyin Dongli New Materials Technology Co., Ltd. ezen nagy teljesítményű szálas kompozit anyagok átfogó fejlesztésére és gyártására specializálódott. Egy 32 000 négyzetméteres ipari komplexumból működik, amely precíziósan szabályozott termelési környezeteket, például klímaszabályozott műhelyeket és 100 000 fokozatú tisztító zónákat tartalmaz, integrált anyaginnovációt és mérnöki szakértelmet hasznosítunk. Egyablakos gyárként képességeink a teljes folyamatot lefedik, a szövéstől és prepreg gyártástól a végső kompozit gyártásig olyan technológiák alkalmazásával, mint az Autoclave, az RTM és a PCM.

3k 1000d/1500d sima/twill aramid szén vegyes szénszálas szőtt szövet

II. A gyanta nedvesítési kihívás: az aramid alacsony felületi energiája

A nedvesítést a felületi kémia elvei szabályozzák, különösen a szál felületi energiája és a gyanta felületi feszültsége közötti egyensúly. Az aramidszálak erősen orientált aromás polimer szerkezetüknek köszönhetően kémiailag semlegesek, felületi energiájuk nagyon alacsony (gyakran 30-40 mN/m körüli). Ez az alacsony felületi energia nagy érintkezési szöget eredményez a szabványos epoxi- vagy vinil-észter gyantákkal, megakadályozva a gyanta kapilláris hatását (elterülését), és alaposan behatol a szálkötegekbe. A felületi tapadásnak ez a hiánya drasztikusan veszélyezteti a szerkezeti terhelés átadását, ami minden kompozit alapvető célja.

A. Aramidszálas alacsony felületi energiájú prepreg megoldás

A prepreg eljárásnál, ahol a gyantát részben a szálra keményítik, az aramidszálas alacsony felületi energiájú prepreg-oldat gyakran magában foglalja a feldolgozási feltételek manipulálását a behatolás fokozása érdekében. Ez jellemzően magában foglalja a prepreg hőmérsékletének növelését a gyanta viszkozitásának ideiglenes csökkentése érdekében, valamint nagyobb nyomás alkalmazását a kezdeti impregnálási fázisban. Míg a prepreg eljárás (amelyet a Dongli széles körben használ) általában alacsonyabb hézagtartalmat eredményez, mint a nedves rétegezés a szabályozott gyantatartalom és a vákuumkonszolidáció miatt, az aramid komponens továbbra is kihívásokat jelent a szén-aramid szövetben lévő könnyen nedvesedő szénszálakhoz képest. A feldolgozási módszerek összehasonlítása rávilágít a nehézségekre:

III. Megoldások: Felületmódosítás és gyantaoptimalizálás

A mérnököknek aktívan be kell avatkozniuk a szén-aramid szövet interfészének javítása érdekében, akár szálfelület módosításával, akár gyanta összetételének módosításával.

A. Felületkezelés az aramidszálas gyanta tapadáshoz

A most impactful intervention is pre-treating the aramid filaments. Effective surface treatment for aramid fiber resin adhesion includes chemical etching (e.g., acid or alkaline solutions) or plasma treatment. These processes introduce active functional groups (elike hydroxyl or carboxyl groups) onto the aramid surface, increasing its surface energy and creating strong covalent bonds or hydrogen bonds with the polymer matrix. The critical trade-off is ensuring the treatment improves adhesion without causing structural damage to the aramid's highly crystalline structure, which would compromise its inherent tensile strength.

B. Szén-aramid szövetgyanta nedvesítését javító módszerek

Ha a szál módosítása nem kivitelezhető, gyantamódosítást kell alkalmazni. A szén-aramid szövetgyanta nedvesítését javító módszerek arra összpontosítanak, hogy a gyanta felületi feszültségét alacsonyabbra állítsák, mint a szál felületi energiája (Young-egyenlet). Ez azt jelenti, hogy speciális felületaktív anyagokat vagy nem reakcióképes hígítókat adnak a gyantakészítményhez. Ezenkívül a Dongli létesítményében alkalmazott eljárások, mint például a gyantatranszfer-öntés (RTM) vagy a vákuum-asszisztált gyanta-infúzió (VARI), precíz vákuumnyomáson és szabályozott áramlási sebességen alapulnak, hogy mechanikusan kényszerítsék a gyantát a szorosan szövött aramidkötegekbe, kompenzálva a gyenge természetes nedvesedést.

IV. Következmények: üres tartalom és mechanikai leromlás

A gyanta megfelelő nedvesítésének elmulasztása közvetlen, számszerűsíthető negatív hatással van a kész szén-aramid szövet kompozit rész szerkezeti integritására és teljesítményére.

A. Hibrid szén-aramid kompozit üres tartalom hatás

A gyanta nedvesítésének hiánya a porozitás vagy üregtartalom (a laminátum belsejében rekedt légbuborékok) fő oka. Az üregek feszültségkoncentrátorként és törési helyekként működnek. A hibrid szén-aramid kompozit hézagtartalom hatása a legsúlyosabb a mátrix által dominált tulajdonságokra, különösen az Inter-Laminar Shear Strength (ILSS) tulajdonságokra. A magas hézagtartalom drasztikusan csökkenti az anyag leválással szembeni ellenálló képességét. A mechanikai tulajdonságok üregek miatti romlása jól dokumentált:

B. Wet Layup Carbon Aramid Fabric Mechanikai tulajdonságok

A nedves elrendezésű szén-aramid szövet mechanikai tulajdonságainak módszerével készült kompozit szerkezetek esetében a gyenge nedvesítés kifejezetten veszélyezteti az aramidszál által biztosított kulcsfontosságú teljesítményjellemzőket. Az aramid elsősorban nagy energiaelnyelő képessége (ütésállósága) miatt került bele. Ha a gyanta nem tapad teljesen az aramid szálhoz, a terhelést nem lehet hatékonyan átvinni, ami csökkenti a szál azon képességét, hogy megállítsa a repedések terjedését, ezáltal csökken az ütésállóság, és drasztikusan csökken a teljes laminátum kifáradási élettartama.

V. Minőségellenőrzés és teljes folyamatszakértelem

A Jiangyin Dongli New Materials Technology Co., Ltd.-nél teljesen integrált, egyablakos megközelítéssel enyhítjük ezeket a nedvesedési és üregesedési problémákat. Ellenőrzött gyártási környezetünk, beleértve a 100 000 fokozatú tisztítási zónát is, minimalizálja a szennyeződést, amely megzavarhatja a nedvesítést. Fejlett gyártási folyamatokat alkalmazunk, beleértve az autokláv-, RTM-, RMCP-, PCM-, WCM- és permetezési technológiákat, amelyek biztosítják, hogy a nagy teljesítményű szálas szövetek kutatásától és fejlesztésétől a végső kompozit termékig minden szakaszban betartsák a szigorú minőségi szabványokat, minimálisra csökkentve az üregtartalmat és garantálva a megadott mechanikai teljesítményt.

VI. Az interfész tervezése

A szén-aramid szövet kompozit szerkezeti és mechanikai teljesítményének maximalizálása a szál-gyanta interfész sikeres tervezésétől függ, hogy legyőzze az aramid alacsony felületi energiáját. Legyen szó kifinomult aramidszálas alacsony felületi energiájú prepreg megoldási módszerekről, vagy a szál előkezeléséről az aramidszálgyanta adhéziós technikák felületkezelésével, az aprólékos folyamatszabályozás és az anyagtudományi alkalmazás elengedhetetlen. A nagy megbízhatóságú alkatrészeket kereső B2B vásárlóknak olyan gyártókkal kell együttműködniük, amelyek rendelkeznek a szakértelemmel és a teljes folyamatirányítással, mint például a Dongli, hogy biztosítsák, hogy az alacsony hézagtartalom közvetlenül nagy mechanikai szilárdságot és kivételes tartósságot eredményezzen.

VII. Gyakran Ismételt Kérdések (GYIK)

1. kérdés: Miért ellenálló az aramidszál a gyanta nedvesítésével szemben?

• V: Az aramidszál erősen orientált aromás polimer láncokból áll, amelyek kémiailag inertek, és nem tartalmaznak aktív funkciós csoportokat a felületen. Ez eredendően alacsony felületi energiát eredményez, ami azt eredményezi, hogy a nagy felületi feszültségű gyanták felcsillannak (nagy érintkezési szög), nem pedig szétterülnek és hatékonyan behatolnak.

2. kérdés: Mi az egyetlen leggyakoribb hiba, amelyet a szén-aramid szövet gyenge gyantanedvesítése okoz?

• V: Az egyetlen leggyakoribb hiba a magas hézagtartalom (porozitás). A nem nedvesített szálkötegek a kikeményedési folyamat során felfogják a légbuborékokat, és ezek az üregek kritikus feszültségkoncentrátorként működnek, különösen gyengítve a hibrid szén-aramid kompozit hézagtartalom hatásának inter-lamináris nyírószilárdságát (ILSS).

3. kérdés: Melyik a hatékonyabb az alacsony felületi energia problémájának megoldásában: a szál felületkezelése vagy a gyanta viszkozitásának csökkentése?

• V: A rostok felületkezelése (pl. plazma vagy vegyszer) általában alapvetően hatékonyabb, mert kémiailag megváltoztatja a szál felületi energiáját, elősegítve a tényleges kémiai kötést. A gyanta viszkozitásának csökkentése, az egyik szén-aramid szövetgyanta nedvesítést javító módszer, mechanikusan segít, de nem javítja a kémiai tapadási szilárdságot a határfelületen.

4. kérdés: Hogyan befolyásolja a gyenge nedvesítés az ütésállóságot, ami az aramidszál egyik legfontosabb előnye?

• V: A gyenge nedvesítés elszigeteli az aramid szálakat a teherbíró gyantamátrixtól. Ütközés során az energia nem vihető át hatékonyan a mátrixból a nagy szilárdságú aramid szálakra, ami megakadályozza, hogy a szálak elnyeljék az energiát, és megállják a repedések terjedését, ami veszélyezteti a kompozit általános ütési teljesítményét.

5. kérdés: Miért van szükségük a gyártóknak speciális környezetekre (például 100 000 fokozatú tisztítási zónára) a szén-aramid szövet feldolgozásához?

• V: A precíziós környezet kulcsfontosságú, mivel a felületi szennyeződések (például por, olaj vagy nedvesség) drasztikusan csökkenthetik a szál amúgy is alacsony felületi energiáját, ami még rosszabb gyantanedvesedéshez vezet. A tiszta helyiségek biztosítják, hogy az anyagot optimális, szennyeződésmentes körülmények között dolgozzák fel, hogy maximalizálják a kiválasztott aramidszálas alacsony felületi energiájú prepreg megoldásban rejlő lehetőségeket.