راه حل هایی برای مسائل خیس شدن رزین در کامپوزیت های پارچه آرامید کربن و تأثیر بر محتوای خالی و عملکرد مکانیکی

I. پیچیدگی های کامپوزیت های ترکیبی

را پارچه آرامید کربن کامپوزیت هیبریدی یک ماده مهندسی شده برای محیط های شدید است که سفتی و استحکام بالای الیاف کربن را همراه با مقاومت استثنایی در برابر ضربه و تحمل آسیب الیاف آرامید ارائه می دهد. این ترکیب در بخش‌های فنی مانند مهندسی هوافضا، ساخت خودرو و تجهیزات ورزشی با کارایی بالا حیاتی است. با این حال، ساخت این اجزای ترکیبی یک مانع فنی قابل توجه را نشان می دهد: انرژی سطحی پایین ذاتی الیاف آرامید، که اغلب منجر به خیس شدن ضعیف رزین می شود و متعاقباً منجر به محتوای خالی زیاد و خواص مکانیکی به خطر می افتد. Jiangyin Dongli New Materials Technology Co., Ltd. متخصص در توسعه و ساخت همه جانبه این مواد کامپوزیتی فیبر با کارایی بالا است. ما با بهره برداری از یک مجتمع صنعتی 32000 متر مربعی، از جمله محیط های تولید با کنترل دقیق مانند کارگاه های دارای شرایط آب و هوایی و مناطق تصفیه با درجه 100،000، از نوآوری مواد یکپارچه و تخصص مهندسی بهره می بریم. به عنوان یک کارخانه یک مرحله‌ای، توانایی‌های ما در کل فرآیند، از بافندگی و تولید پیش‌آب‌سازی تا ساخت کامپوزیت نهایی با استفاده از فناوری‌هایی مانند اتوکلاو، RTM و PCM را در بر می‌گیرد.

3k 1000d/1500d Plain/Twill آرامید کربن مخلوط فیبر کربن پارچه بافته شده

II. چالش خیس شدن رزین: انرژی سطحی کم آرامید

خیس شدن توسط اصول شیمی سطح کنترل می شود، به ویژه تعادل بین انرژی سطحی الیاف و کشش سطحی رزین. الیاف آرامید به دلیل ساختار پلیمری آروماتیک بسیار جهت گیری خود، از نظر شیمیایی بی اثر هستند و انرژی سطحی بسیار کمی دارند (اغلب در حدود 30-40 mN/m). این انرژی سطح پایین باعث ایجاد زاویه تماس بزرگ با رزین های استاندارد اپوکسی یا وینیل استر می شود و از عمل مویرگی (گسترش) رزین و نفوذ کامل به بسته های فیبر جلوگیری می کند. این عدم چسبندگی سطحی به شدت انتقال بار ساختاری را که هدف اساسی هر کامپوزیت است به خطر می اندازد.

الف محلول پیش آغشته با انرژی کم سطح فیبر آرامید

برای فرآیند پیش آغشته سازی، که در آن رزین تا حدی بر روی فیبر پخت می شود، محلول پیش آغشته با انرژی سطح پایین فیبر آرامید اغلب شامل دستکاری شرایط پردازش برای افزایش نفوذ است. این معمولاً شامل افزایش دمای پیش آغشته برای کاهش موقت ویسکوزیته رزین و اعمال فشار بالاتر در مرحله آغشته سازی اولیه است. در حالی که فرآیند پیش آغشته (به طور گسترده توسط Dongli استفاده می شود) به دلیل محتوای رزین کنترل شده و یکپارچگی خلاء به طور کلی محتوای خالی کمتری نسبت به لایه بندی مرطوب ایجاد می کند، جزء آرامید هنوز در مقایسه با الیاف کربنی که به راحتی خیس می شوند در پارچه آرامید کربنی چالش هایی را ارائه می دهد. مقایسه روش‌های پردازش دشواری را نشان می‌دهد:

III. راه حل ها: اصلاح سطح و بهینه سازی رزین

مهندسان باید به طور فعال برای بهبود رابط پارچه آرامید کربن، با استفاده از اصلاح سطح فیبر یا تنظیمات فرمول رزین مداخله کنند.

الف درمان سطحی برای چسبندگی رزین فیبر آرامید

را 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.

ب. روش‌های بهبود خیس کردن رزین پارچه‌ای کربن آرامید

اگر اصلاح فیبر امکان پذیر نباشد، باید از اصلاح رزین استفاده شود. روش‌های بهبود خیس کردن رزین پارچه‌ای کربن آرامید بر تنظیم کشش سطحی رزین به گونه‌ای تمرکز می‌کنند که کمتر از انرژی سطحی الیاف باشد (معادله یانگ). این شامل افزودن سورفکتانت های خاص یا رقیق کننده های غیر واکنشی به فرمول رزین است. علاوه بر این، فرآیندهایی مانند قالب‌گیری انتقال رزین (RTM) یا تزریق رزین با کمک خلاء (VARI) که در تاسیسات Dongli استفاده می‌شود، بر فشار خلاء دقیق و نرخ‌های جریان کنترل‌شده تکیه می‌کنند تا رزین را به‌طور مکانیکی به داخل بسته‌های آرامیدی محکم بافته شده وادار کنند و خیس شدن طبیعی ضعیف را جبران کنند.

IV. پیامدها: محتوای خالی و تخریب مکانیکی

عدم دستیابی به رطوبت کافی رزین اثرات منفی مستقیم و قابل اندازه گیری بر یکپارچگی ساختاری و عملکرد قطعه کامپوزیتی پارچه کربن آرامید تمام شده دارد.

الف تاثیر محتوای خالی کامپوزیت آرامید کربن هیبریدی

کمبود رطوبت رزین علت اصلی تخلخل یا محتوای خالی (حباب های هوا محبوس شده در لامینیت) است. حفره ها به عنوان متمرکز کننده استرس و محل شروع شکستگی عمل می کنند. تأثیر محتوای خالی کامپوزیت آرامید کربن هیبریدی روی خواص تحت سلطه ماتریس، به ویژه مقاومت برشی بین لایه ای (ILSS) شدیدتر است. محتوای خالی زیاد توانایی مواد در مقاومت در برابر لایه برداری را به شدت کاهش می دهد. تخریب خواص مکانیکی ناشی از حفره ها به خوبی مستند شده است:

ب. ویژگی های مکانیکی پارچه کربن آرامید مرطوب لایه بندی مرطوب

برای سازه‌های کامپوزیتی که با استفاده از روش خواص مکانیکی پارچه‌ی آرامید کربنی لایه‌ای مرطوب ساخته می‌شوند، خیس شدن ضعیف نیز به طور خاص ویژگی‌های عملکرد کلیدی ارائه شده توسط الیاف آرامید را به خطر می‌اندازد. آرامید در درجه اول به دلیل ظرفیت جذب انرژی بالا (مقاومت در برابر ضربه) گنجانده شده است. اگر رزین به طور کامل به فیبر آرامید نچسبد، بار را نمی توان به طور موثر منتقل کرد و توانایی الیاف در توقف انتشار ترک را کاهش می دهد، بنابراین مقاومت ضربه را به خطر می اندازد و عمر خستگی کل لمینت را به شدت کاهش می دهد.

V. کنترل کیفیت و تخصص کامل فرآیند

در Jiangyin Dongli New Materials Technology Co., Ltd.، ما از طریق یک رویکرد کاملا یکپارچه و یک مرحله ای، این مشکلات خیس شدن و خالی شدن را کاهش می دهیم. محیط تولید کنترل شده ما، از جمله مناطق تصفیه 100000 درجه، آلودگی را که می تواند خیس شدن را مختل کند، به حداقل می رساند. ما از فرآیندهای تولید پیشرفته، از جمله اتوکلاو، RTM، RMCP، PCM، WCM، و فن‌آوری‌های پاشش استفاده می‌کنیم و اطمینان می‌دهیم که در هر مرحله، از تحقیق و توسعه پارچه‌های الیافی با کارایی بالا تا محصول کامپوزیت نهایی، از استانداردهای کیفیت دقیق، به حداقل رساندن محتوای خالی و تضمین عملکرد مکانیکی مشخص شده پیروی می‌کنیم.

VI. مهندسی رابط

به حداکثر رساندن عملکرد ساختاری و مکانیکی یک کامپوزیت پارچه آرامید کربنی به مهندسی موفقیت‌آمیز رابط فیبر-رزین برای غلبه بر انرژی سطحی کم آرامید بستگی دارد. چه از طریق روش‌های محلول پیش‌آغشته با انرژی کم سطح الیاف آرامید پیچیده و چه از طریق پیش تصفیه فیبر با استفاده از عملیات سطحی برای تکنیک‌های چسبندگی رزین الیاف آرامید، کنترل دقیق فرآیند و کاربرد علم مواد ضروری است. خریداران B2B که به دنبال قطعات با قابلیت اطمینان بالا هستند، باید با تولیدکنندگان دارای تخصص و کنترل کامل فرآیند، مانند Dongli، شریک شوند تا اطمینان حاصل کنند که محتوای خالی کم مستقیماً به استحکام مکانیکی بالا و دوام استثنایی تبدیل می شود.

VII. سوالات متداول (سؤالات متداول)

Q1: چرا فیبر آرامید به طور طبیعی در برابر خیس شدن رزین مقاوم است؟

• الف: فیبر آرامید از زنجیره های پلیمری معطر با جهت گیری بالا تشکیل شده است که از نظر شیمیایی بی اثر هستند و فاقد گروه های عاملی فعال در سطح هستند. این منجر به انرژی سطحی ذاتاً کم می شود که باعث می شود رزین های با کشش سطحی بالا به جای پخش شدن و نفوذ موثر، مهره ها (زاویه تماس بالا) را افزایش دهند.

Q2: رایج ترین عیب ناشی از خیس شدن ضعیف رزین در پارچه آرامید کربن چیست؟

• پاسخ: شایع ترین عیب، محتوای خالی زیاد (تخلخل) است. بسته‌های الیاف خیس‌نشده حباب‌های هوا را در طول فرآیند پخت به دام می‌اندازند و این حفره‌ها به‌عنوان متمرکزکننده‌های استرس حیاتی عمل می‌کنند، به‌ویژه مقاومت برشی بین لایه‌ای (ILSS) تأثیر محتوای فضای خالی کامپوزیت آرامید کربن هیبریدی را تضعیف می‌کنند.

Q3: کدام یک برای حل مشکل انرژی سطح پایین موثرتر است: درمان سطح فیبر یا کاهش ویسکوزیته رزین؟

• A: درمان سطح الیاف (به عنوان مثال، پلاسما یا شیمیایی) عموماً به طور اساسی مؤثرتر است زیرا از نظر شیمیایی انرژی سطح الیاف را تغییر می دهد و باعث ایجاد پیوند شیمیایی واقعی می شود. کاهش ویسکوزیته رزین، یکی از روش‌های بهبود خیس کردن رزین پارچه آرامید کربن، به صورت مکانیکی کمک می‌کند، اما استحکام چسبندگی شیمیایی در سطح مشترک را بهبود نمی‌بخشد.

Q4: چگونه خیس شدن ضعیف بر مقاومت ضربه تأثیر می گذارد، که یکی از مزایای کلیدی فیبر آرامید است؟

• A: مرطوب شدن ضعیف الیاف آرامید را از ماتریس رزین باربر جدا می کند. در طول ضربه، انرژی نمی تواند به طور موثر از ماتریس به الیاف آرامید با چقرمگی بالا منتقل شود، و از جذب انرژی الیاف و جلوگیری از انتشار ترک جلوگیری می کند، بنابراین عملکرد ضربه کلی کامپوزیت را به خطر می اندازد.

Q5: چرا تولیدکنندگان به محیط های تخصصی (مانند مناطق تصفیه با درجه 100000) برای پردازش پارچه آرامید کربن نیاز دارند؟

• پاسخ: محیط‌های دقیق بسیار مهم هستند، زیرا آلاینده‌های سطحی (مانند گرد و غبار، روغن یا رطوبت) می‌توانند انرژی سطحی پایین فیبر را به شدت کاهش دهند و منجر به خیس شدن رزین حتی بدتر شوند. اتاق‌های تمیز تضمین می‌کنند که مواد تحت شرایط بهینه و بدون آلودگی پردازش می‌شوند تا پتانسیل محلول پیش‌آب‌سازی با انرژی سطح پایین فیبر آرامید را به حداکثر برسانند.