EN
Ластану қалай екі бағытты көміртекті талшықта байланыс бүтіндігін әлсіздетеді
Талшық беттері ластанған кезде полимердің талшықтарға жағылуы мен механикалық қиындықтарға байланысты талшықтардың қиратылуы
Беттерде ластанған заттар композиттерді шығарған кезде полимердің дұрыс жағылуына кедергі келтіреді. Көміртекті талшықтағы май қабаты салдарынан эпоксидтің жағылуы қиындайды, сондықтан ол талшық пен матрицаның айналасындағы микрокеңістікке дұрыс енуі қиындайды. Бұл әлсіз байланысқа әкеледі, ал талшық жүктемеге ұшыраған кезде ол
ең жоғары кернеу концентрациясына ұшырайды. Ластанған талшықтар қабатараралық жанасу беріктігін 40% дейін төмендетеді, себебі талшық-матрица шекарасында нанометрлік көпіршіктер пайда болады, ал осы көпіршіктер деламинация мен талшықтардың сыртқа шығуының орындарына айналады. Ластанған талшық беттері
сумен жанасу бұрышын (ылғалдану деңгейінің өлшемі) 90°-тан жоғары көрсетеді, ал тазартылған беттерде бұл бұрыш 50°-тан төмен болады. Бұл байланыс беріктігінің төмендеуімен тікелей байланысты.
Тазалық коэффициенті Байланыс беріктігінің сақталуы
Оптималды тазалық 95–100%
Орташа ластану 60–75%
Ауыр ластану 40%-тан төмен
Көпбағытты көміртекті талшықты өңдеуде формалық босатқыш заттар мен өңдеу кезіндегі қалдықтар
Екі бағытты көміртегі талшықтарын өңдеу кезінде үш ластанғыш олардың бүтіндігіне әсер етеді. Калыпты босату құралдарынан тұратын гидрофобты қалдықтар, құрал ретінде қолданылған кезде, олардың резинді ығысуына кедергі келтіретін ығысу қасиеті арқасында резиннің ішіне ағуын болдырмауға көмектеседі. Өңдеу майы полярлы емес пленка түзуге әкеледі, бұл механикалық бекітуге кедергі келтіреді. Қолмен жанасу жиі
терінің қалдықтары, май және тіпті ылғал сияқты қолмен жанасу проблемалы болады, бұл композиттің гидролиздік өнімділігін жақсартуға әкеледі. Қолмен жанасу жиі
терінің қалдықтары, май және тіпті ылғал сияқты қолмен жанасу проблемалы болады, бұл композиттің гидролиздік өнімділігін жақсартуға әкеледі. Тіпті бір саусақ ізі ғана ламинатта 0,5 мм² әлсіз аймақ түзуіне әкеледі. Осыған
жиі кездесетін беріктік жоғалтулармен күресу үшін өнеркәсіп негізінен ең жақсы сынақ талдауларына назар аударды. Сақиналарды пайдалану саясатының нашар іске асуы, ылғалдылықты бақылаудың нашар болуы және ақаулы
жұмыс орнындағы қауіпсіздік мәселелерін шешу үшін арнайы материалдар аймақтарының барлығы пайдаланылды.
Екі бағытты көміртекті талшыққа эпоксидті смолалардың жақсы адгезиясы үшін бетті дайындау
Екі бағытты көміртекті талшыққа сенімді смола адгезиясын қамтамасыз ету үшін стандарттарға сай тұрақты бетті дайындау қажет. Беттегі ластанған заттар аралық байланыс беріктігін 30–50% дейін төмендетуі мүмкін. Эпоксидтер мен винил эстерлермен талшықтардың байланысуы үшін химиялық активация міндетті. Активация талшық бетінде молекулалық деңгейде құрылымдық өзгерістер туғызады, нәтижесінде реакцияға қабілетті орындар пайда болады. Бұл орындар кейінірек эпоксидтің басқа бір-бірімен байланысуы (кросс-линкингі) және винил эстерлердің эстерленуі үшін ковалентті байланыс құру үшін пайдаланылады. Циклдық жүктемелер кезінде болатын бұзылуларды жеңу үшін механикалық байланысқа қарағанда химиялық байланыс арқылы қамтамасыз ету тиімдірек.
Эпоксидтер мен винил эстерлердің тұрақтылығы: Химиялық активацияның маңызды рөлі
Химиялық активация көмегімен көміртекті талшықтардың инертті беттері белсенді, химиялық түрде қабылдаушы субстраттарға айналады. Эпоксидтік жүйелерде амин функционаландыруы арқылы кросс-байланыс тығыздығының артуы және олардағы интерфейстік беріктіктің жақсаруы қол жетімді болады. Ал винил эфирлері күрделену кезінде эстерлену реакциясын ынталандыру үшін гидроксил топтарының белсенді болуын талап етеді. Екі тәсіл арасында негізгі ұқсастықтар бар:
- Беттік энергияны 20 дин/см-ден асады
- Сумен жанасу бұрышы 70°-тан кем
- Фазалық бөліну мен микротесіктердің пайда болуын басады
Екі бағытты көміртекті талшықтың ластануын бақылауда жанасу бұрышы мен оның өлшеу құралдарын қолдану
Жанасу бұрыштары беттерді дайындау процесіне тез және оңай сандық баға береді. Сумен жанасу бұрышы 85°-тан асса, бұл беттің тазартылуы қажет екенін көрсетеді. Кейбір сипаттамалары:
- Көрінбейтін қалдықтарды 30 секундтан кем уақыт ішінде анықтау
- Лап-сызықтық беріктікпен оң және мағыналы корреляция (R² = 0,91)
- Қалдықтардың пайда болу жиілігі тек көрініс бойынша бақылауға сүйенетіндерге қарағанда 18% төмен
Сандық бағалау: Жаман бетті тазарту құрылымдық өнімділікті қалай төмендетеді
Жеткілікті тазартылмаған екі бағытты көміртекті талшықты беттерде жасырын құрылымдық ақаулар пайда болады. Силиконды калып шығарушылар сияқты сыртқы көздерден қалған қалдықтар мен өңдеу майы бетте резинің адгезиясын тежейді және нанокеуекшелер мен үзілістерді тудырады. Бұл ақаулар кернеу концентрациясының жылдам өсуін, делиминирленудің және трещиналардың таратылуын тудырады. Дұрыс дайындалған үлгілер үшін типтік интерламинярлық сызықтық беріктіктің төмендеуі 60%-ға дейін, термиялық циклдар салдарынан циклдық беріктіктің төмендеуі 40–50%, ал соңғы созылу беріктігінің төмендеуі 30%-ға дейін жетеді.
Композитті бөлшектерді ауыстыру қосымша тазарту режимдерін енгізуге кететін қосымша шығындардан 3–5 есе қымбат. Сондықтан беттің бүтіндігі инженерлік таңдау ретінде емес, жүйенің тіршілік циклы бойынша жалпы құны мен жұмыс істеу сенімділігі үшін маңызды элемент ретінде қарастырылады.
Көп бағытты қабатталған көміртегі талшығын бетті тазартудың сенімділігіне бағытталған кейбір тиімді тәжірибелер.
Массалық бет дайындау үшін еріткішпен сүрту мен плазмалық өңдеудің жүзеге асу мүмкіндігін бағалау.
Еріткішпен сүрту және плазмалық өңдеу — бетті дайындаудың толығымен әртүрлі, бірақ бір-біріне қосымша әсер ететін әдістері. Еріткішпен сүрту кезінде композитті қолдан немесе автоматтандырылған тәсілмен сүртеді, мұнда органикалық ластанулар ацетон немесе изопропил спирті арқылы ериді. Еріткішпен сүрту — қолжетімдірек және арзанырақ нұсқа, бірақ оның қамтылуы белгілі бір тоқыма мата түрлерінде тұрақсыз болады, сонымен қатар еріткіш қалдығы тұрақты қалыпта қалуы немесе сұйық күйінде қалуы мүмкін. Плазмалық өңдеу кезінде оттегі немесе аргон газы пайдаланылады, олар плазмаға айналдырылып, талшықтардың микроскопиялық ойығын жасайды. Бұл талшықтың беттік энергиясын 40–50 дин/см-ге дейін арттырады және еріткіштерді қолданбай, қалдық ағынын тудырмай, біркелкі және реакцияланғыш жаңа бет қалдырады. Өнеркәсіптік плазмалық өңдеу конвейерлік желілерге интеграциялануы мүмкін, ол бір минутта екі бағытта 10–15 метр көміртекті талшықты өңдеуге мүмкіндік береді және еңбек шығынын азайтып, қайталанушылықты қамтамасыз етеді. Ал еріткішке негізделген әдістер осы нәтижені алу үшін үш есе көп еңбек шығынын талап етеді және улы органикалық булар (VOC) шығарып, олардың тұтылуы үшін арнайы қорғаныс құрылымдарын құру қажет.
Екі бағытты көміртегі талшықтың бетіндегі ластықты алып тастағаннан кейін тазалықты тексерудің маңызы
Тазартудан кейін интерфейстік ақаулық қаупімен жұмыс істеуге дейінгі талап ең жоғары дәрежеде маңызды. Су бөлінуін тексеру сынағы – оны өрісте орындау ең оңай әдіс. Егер дистилденген су тамшыланбаса, бет гидрофобты емес. Беттің су 5 секунд ішінде таратылуы талабын қанағаттандыруы керек. Судың одан әрі таратылуы – гидрофобтықтың көрсеткіші болып табылады. Дин деңгейлері (бойағыш белгілеушісімен анықталады) жартылай сандық бағалауларды береді, мұнда беттің беттік керілуі 38 мН/м немесе одан жоғары болса, судың таратылуы талабы орындалады. Қабаттасқан контакт бұрышын талдайтын құрылғылардың пластиктік пенетрациялық функциялары – бұл талапқа қосымша ретінде қызмет етеді, мұнда эпоксидтің шекті мәндерінде контакт бұрышы 75 немесе одан төмен болуы керек. Толық ылғалданбаған «суық дақтар» – бұл локальді контакт ластануының аймақтары ретінде де сипатталуы мүмкін; олар термографиялық технологияны қолдану арқылы смола қабатын жинау кезінде анықталып, одан әрі көмекке қол жеткізуге мүмкіндік береді. Өрісте сипатталған сынақ әдістерінің дәлдігі/уақыттылығы 95% асадан жоғары болуы күтіледі, бұл көрсеткіш лабораториялық деңгейдегі FTIR талдауының құнымен салыстырылады.
Жиі қойылатын сұрақтар
Екі бағытты көміртегі талшықтарының бүтіндігіне әсер ететін жиі кездесетін ластандырғыштар қандай?
Силикотипті босатқыш заттар, процесте алынатын майлар және тұздар, тері майлары мен ылғалды қамтитын адамдардың қолдануынан қалған қалдықтар.
Бұл ластандырғыштар көміртегі талшықты композиттердің өнімділігіне қалай әсер етеді?
Аралық беттік үйлесімділіктің үйкелісі талшықтардың қабаттарының бөлінуіне және одан әрі ыдырауына әкеледі. Бұл талшық компоненттері мен олардың кеңістіктік жүйелеріндегі бір-бірімен байланысу қысымы мен циклдық тозу деңгейлерін қатты төмендетеді.
Екі бағытты көміртегі талшық беттерін тазарту үшін қандай әдістер ұсынылады?
Әдістерге беттерді алдын-ала сұйықпен тығыз сүрту, сонымен қатар изопропил спирті мен ацетонды пайдалану және плазманың бетті тазарту мен химиялық белсенділік беру арқылы смоланың бетке жақсы бекуін қамтамасыз ету әдістері жатады.
Эпоксидті және винил эфирлік желімдеу үшін неге химиялық белсендіру қолданылады?
Химиялық активация эпоксидтік және винил эфирлік смолалардың адгезиясында маңызды рөл атқарады, негізінен көміртекті талшықтың бетінің инертті сипатын өзгертуге байланысты. Ол көміртекті талшықтың бетін химиялық тұрақты бетке дейін ынталандырады, мұнда ол субстратпен байланысуға қабілетті болады және ковалентті интерфейстік байланыстың беріктігін арттыруға мүмкіндік береді, бұл құрылым мен беттің бүтіндігін тұрақтандырады.