Giải pháp cho các vấn đề làm ướt nhựa trong vật liệu tổng hợp vải carbon Aramid và tác động đến hàm lượng rỗng và hiệu suất cơ học

I. Sự phức tạp của vật liệu tổng hợp lai

các vải aramid carbon composite lai là vật liệu được thiết kế cho môi trường khắc nghiệt, mang lại độ cứng và độ bền cao của sợi carbon kết hợp với khả năng chống va đập và khả năng chịu hư hại đặc biệt của sợi aramid. Sự pha trộn này rất quan trọng trong các lĩnh vực kỹ thuật như kỹ thuật hàng không vũ trụ, sản xuất ô tô và thiết bị thể thao hiệu suất cao. Tuy nhiên, việc sản xuất các thành phần lai này gặp phải một trở ngại kỹ thuật đáng kể: năng lượng bề mặt vốn có của sợi aramid thấp, thường dẫn đến làm ướt nhựa kém và sau đó dẫn đến độ rỗng cao và tính chất cơ học bị tổn hại. Công ty TNHH Công nghệ Vật liệu Mới Jiangyin Dongli chuyên phát triển và sản xuất toàn diện các vật liệu composite sợi hiệu suất cao này. Hoạt động từ một khu phức hợp công nghiệp rộng 32.000 mét vuông, bao gồm các môi trường sản xuất được kiểm soát chính xác như các xưởng điều hòa khí hậu và các khu thanh lọc cấp 100.000, chúng tôi tận dụng sự đổi mới vật liệu tích hợp và chuyên môn kỹ thuật. Là một nhà máy tổng hợp, năng lực của chúng tôi bao trùm toàn bộ quy trình, từ dệt và sản xuất prereg đến sản xuất composite cuối cùng bằng cách sử dụng các công nghệ như Autoclave, RTM và PCM.

Vải dệt thoi sợi carbon hỗn hợp 3k 1000d / 1500d Plain / Twill Aramid

II. Thử thách làm ướt nhựa: Năng lượng bề mặt thấp của Aramid

Quá trình làm ướt bị chi phối bởi các nguyên tắc hóa học bề mặt, đặc biệt là sự cân bằng giữa năng lượng bề mặt của sợi và sức căng bề mặt của nhựa. Sợi aramid, do cấu trúc polyme thơm có tính định hướng cao, trơ về mặt hóa học và có năng lượng bề mặt rất thấp (thường khoảng 30-40 mN/m). Năng lượng bề mặt thấp này dẫn đến góc tiếp xúc lớn với nhựa epoxy hoặc vinyl ester tiêu chuẩn, ngăn nhựa khỏi hoạt động mao dẫn (lan rộng) và thâm nhập triệt để vào các bó sợi. Việc thiếu độ bám dính giữa các bề mặt này làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc truyền tải trọng cấu trúc, đây là mục đích cơ bản của bất kỳ vật liệu composite nào.

A. Giải pháp chuẩn bị năng lượng bề mặt thấp Aramid Fiber

Đối với quy trình prereg, trong đó nhựa được xử lý một phần trên sợi, giải pháp prereg năng lượng bề mặt thấp sợi aramid thường liên quan đến việc điều chỉnh các điều kiện xử lý để tăng cường khả năng thẩm thấu. Điều này thường bao gồm việc tăng nhiệt độ prereg để tạm thời giảm độ nhớt của nhựa và tạo áp suất cao hơn trong giai đoạn ngâm tẩm ban đầu. Trong khi quy trình prereg (được Dongli sử dụng rộng rãi) thường mang lại hàm lượng khoảng trống thấp hơn so với quy trình ướt do hàm lượng nhựa được kiểm soát và sự cố kết chân không, thành phần aramid vẫn đặt ra những thách thức so với các sợi carbon dễ bị ướt trong vải carbon aramid. Việc so sánh các phương pháp xử lý nhấn mạnh khó khăn:

III. Giải pháp: Sửa đổi bề mặt và tối ưu hóa nhựa

Các kỹ sư phải tích cực can thiệp để cải thiện bề mặt tiếp xúc của vải carbon aramid, bằng cách điều chỉnh bề mặt sợi hoặc điều chỉnh công thức nhựa.

A. Xử lý bề mặt cho chất kết dính nhựa sợi Aramid

các 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. Phương pháp cải thiện khả năng làm ướt nhựa vải Carbon Aramid

Nếu việc sửa đổi sợi không khả thi thì phải sử dụng sửa đổi nhựa. Các phương pháp cải thiện khả năng làm ướt nhựa vải aramid carbon tập trung vào việc điều chỉnh sức căng bề mặt của nhựa xuống thấp hơn năng lượng bề mặt của sợi (Phương trình Young). Điều này liên quan đến việc thêm chất hoạt động bề mặt cụ thể hoặc chất pha loãng không phản ứng vào công thức nhựa. Ngoài ra, các quy trình như Đúc chuyển nhựa (RTM) hoặc Truyền nhựa có hỗ trợ chân không (VARI), được sử dụng tại cơ sở của Dongli, dựa vào áp suất chân không chính xác và tốc độ dòng chảy được kiểm soát để ép nhựa một cách cơ học vào các bó aramid được dệt chặt chẽ, bù đắp cho độ ẩm tự nhiên kém.

IV. Hậu quả: Nội dung trống và xuống cấp cơ học

Việc không đạt đủ độ ẩm nhựa sẽ có tác động tiêu cực trực tiếp, có thể định lượng được đến tính toàn vẹn cấu trúc và hiệu suất của bộ phận hỗn hợp vải carbon aramid thành phẩm.

A. Tác động nội dung hỗn hợp hỗn hợp carbon Aramid

Sự thiếu hụt độ ẩm của nhựa là nguyên nhân hàng đầu gây ra độ xốp hoặc độ rỗng (bong bóng khí bị mắc kẹt trong lớp nhựa). Các lỗ rỗng đóng vai trò là nơi tập trung ứng suất và là vị trí bắt đầu đứt gãy. Tác động của hàm lượng khoảng trống hỗn hợp carbon aramid lai là nghiêm trọng nhất đối với các đặc tính chiếm ưu thế trong ma trận, đặc biệt là Độ bền cắt giữa các lớp (ILSS). Độ rỗng cao làm giảm đáng kể khả năng chống lại sự phân tách của vật liệu. Sự suy giảm các tính chất cơ học do khoảng trống đã được ghi chép rõ ràng:

B. Tính chất cơ học của vải Aramid Carbon Layup ướt

Đối với các cấu trúc hỗn hợp được chế tạo bằng phương pháp đặc tính cơ học của vải aramid cacbon xếp lớp ướt, việc làm ướt kém cũng làm ảnh hưởng đặc biệt đến các đặc tính hiệu suất chính do sợi aramid cung cấp. Aramid được đề cập chủ yếu nhờ khả năng hấp thụ năng lượng cao (khả năng chống va đập). Nếu nhựa không bám dính hoàn toàn vào sợi aramid, tải trọng không thể được truyền một cách hiệu quả, làm giảm khả năng ngăn chặn sự lan truyền vết nứt của sợi, do đó ảnh hưởng đến khả năng chống va đập và giảm đáng kể tuổi thọ mỏi của toàn bộ tấm gỗ.

V. Kiểm soát chất lượng và chuyên môn toàn bộ quy trình

Tại Jiangyin Dongli New Materials Technology Co., Ltd., chúng tôi giảm thiểu các vấn đề về độ ẩm và khoảng trống này thông qua phương pháp tiếp cận một cửa, được tích hợp đầy đủ. Môi trường sản xuất được kiểm soát của chúng tôi, bao gồm 100.000 khu vực thanh lọc cấp, giảm thiểu ô nhiễm có thể làm gián đoạn quá trình làm ướt. Chúng tôi sử dụng các quy trình sản xuất tiên tiến, bao gồm Autoclave, RTM, RMCP, PCM, WCM và công nghệ phun, đảm bảo mọi giai đoạn, từ R&D vải sợi hiệu suất cao đến sản phẩm composite cuối cùng, tuân thủ các tiêu chuẩn chất lượng nghiêm ngặt, giảm thiểu hàm lượng khoảng trống và đảm bảo hiệu suất cơ học được chỉ định.

VI. Kỹ thuật giao diện

Tối đa hóa hiệu suất cấu trúc và cơ học của bản lề hỗn hợp vải aramid carbon trong việc thiết kế thành công bề mặt tiếp xúc sợi-nhựa để khắc phục năng lượng bề mặt thấp của aramid. Cho dù thông qua các phương pháp giải pháp chuẩn bị năng lượng bề mặt thấp sợi aramid phức tạp hay xử lý sơ bộ sợi bằng cách sử dụng xử lý bề mặt cho kỹ thuật bám dính nhựa sợi aramid, việc kiểm soát quy trình tỉ mỉ và ứng dụng khoa học vật liệu là rất cần thiết. Người mua B2B đang tìm kiếm các thành phần có độ tin cậy cao phải hợp tác với các nhà sản xuất có chuyên môn và kiểm soát toàn bộ quy trình, như Dongli, để đảm bảo rằng hàm lượng khoảng trống thấp chuyển trực tiếp thành độ bền cơ học cao và độ bền đặc biệt.

VII. Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Câu hỏi 1: Tại sao sợi aramid có khả năng chống ướt nhựa một cách tự nhiên?

• Trả lời: Sợi Aramid bao gồm các chuỗi polyme thơm có tính định hướng cao, trơ về mặt hóa học và thiếu các nhóm chức năng hoạt động trên bề mặt. Điều này dẫn đến năng lượng bề mặt vốn đã thấp, khiến nhựa có sức căng bề mặt cao kết thành hạt (góc tiếp xúc cao) thay vì lan rộng và thâm nhập hiệu quả.

Câu hỏi 2: Khiếm khuyết phổ biến nhất do độ ẩm kém của nhựa trong vải aramid cacbon là gì?

• Trả lời: Khiếm khuyết phổ biến nhất là độ rỗng cao (độ xốp). Các bó sợi không bị ướt sẽ bẫy các bọt khí trong quá trình đóng rắn và các khoảng trống này đóng vai trò là bộ tập trung ứng suất tới hạn, đặc biệt làm suy yếu độ bền cắt giữa các lớp (ILSS) của tác động của hàm lượng khoảng trống hỗn hợp carbon aramid lai.

Câu 3: Cái nào hiệu quả hơn trong việc giải quyết vấn đề năng lượng bề mặt thấp: xử lý bề mặt sợi hay giảm độ nhớt của nhựa?

• Trả lời: Xử lý bề mặt sợi (ví dụ, bằng plasma hoặc hóa chất) về cơ bản là có hiệu quả hơn vì nó làm thay đổi về mặt hóa học năng lượng bề mặt của sợi, thúc đẩy liên kết hóa học thực tế. Giảm độ nhớt của nhựa, một trong những phương pháp cải thiện khả năng làm ướt nhựa vải sợi carbon aramid, giúp ích về mặt cơ học nhưng không cải thiện được độ bền bám dính hóa học tại bề mặt tiếp xúc.

Câu hỏi 4: Độ ẩm kém ảnh hưởng đến khả năng chống va đập như thế nào, đây là lợi ích chính của sợi aramid?

• Trả lời: Độ ẩm kém sẽ tách các sợi aramid ra khỏi ma trận nhựa chịu tải. Trong quá trình va chạm, năng lượng không thể được truyền một cách hiệu quả từ ma trận sang sợi aramid có độ bền cao, ngăn cản sợi hấp thụ năng lượng và ngăn chặn sự lan truyền vết nứt, do đó ảnh hưởng đến hiệu suất va đập tổng thể của hỗn hợp.

Câu hỏi 5: Tại sao các nhà sản xuất cần môi trường chuyên dụng (như khu vực lọc 100.000 cấp) để xử lý vải aramid carbon?

• Trả lời: Môi trường chính xác rất quan trọng vì các chất gây ô nhiễm bề mặt (như bụi, dầu hoặc hơi ẩm) có thể làm giảm đáng kể năng lượng bề mặt vốn đã thấp của sợi, dẫn đến tình trạng nhựa bị ướt thậm chí còn tồi tệ hơn. Phòng sạch sẽ đảm bảo vật liệu được xử lý trong điều kiện tối ưu, không bị nhiễm bẩn để tối đa hóa tiềm năng của giải pháp prereg năng lượng bề mặt thấp sợi aramid đã chọn.