Soluții pentru problemele de umezire a rășinii în compozitele de țesături cu aramidă de carbon și impactul asupra conținutului de goluri și a performanței mecanice

I. Complexitățile compozitelor hibride

The țesătură aramidă de carbon compozitul hibrid este un material conceput pentru medii extreme, oferind rigiditatea și rezistența ridicată a fibrelor de carbon combinate cu rezistența excepțională la impact și toleranța la deteriorare a fibrelor aramide. Acest amestec este esențial în sectoare tehnice, cum ar fi ingineria aerospațială, producția de automobile și echipamentele sportive de înaltă performanță. Cu toate acestea, fabricarea acestor componente hibride prezintă un obstacol tehnic semnificativ: energia de suprafață scăzută inerentă a fibrelor de aramid, care adesea duce la umezirea slabă a rășinii și, ulterior, duce la un conținut ridicat de goluri și la proprietăți mecanice compromise. Jiangyin Dongli New Materials Technology Co., Ltd. este specializată în dezvoltarea și fabricarea cuprinzătoare a acestor materiale compozite cu fibre de înaltă performanță. Operând dintr-un complex industrial de 32.000 de metri pătrați, incluzând medii de producție controlate cu precizie, cum ar fi ateliere climatice și zone de purificare de 100.000 de metri, valorificăm inovația integrată a materialelor și expertiza în inginerie. Fiind o fabrică unică, capacitățile noastre acoperă întregul proces, de la țesere și producție preimpregnată până la fabricarea finală a compozitelor folosind tehnologii precum Autoclave, RTM și PCM.

3k 1000d/1500d țesătură din fibre de carbon mixte de carbon aramid/sarg

II. Provocarea de umezire a rășinii: energia de suprafață scăzută a aramidei

Udarea este guvernată de principiile chimiei suprafeței, în special de echilibrul dintre energia de suprafață a fibrei și tensiunea superficială a rășinii. Fibrele de aramidă, datorită structurii lor polimerice aromatice foarte orientate, sunt inerte din punct de vedere chimic și au o energie de suprafață foarte scăzută (deseori în jur de 30-40 mN/m). Această energie de suprafață scăzută are ca rezultat un unghi mare de contact cu rășinile epoxidice sau vinilester standard, prevenind acțiunea capilară (împrăștiere) a rășinii și pătrunderea completă în fasciculele de fibre. Această lipsă de aderență interfacială compromite drastic transferul de sarcină structurală, care este scopul fundamental al oricărui compozit.

A. Soluție preimpregnată cu energie de suprafață cu fibre de aramidă scăzută

Pentru procesul de preimpregnare, în care rășina este parțial întărită pe fibră, soluția de preimpregnat cu energie superficială scăzută din fibră de aramidă implică adesea manipularea condițiilor de procesare pentru a îmbunătăți penetrarea. Aceasta include de obicei creșterea temperaturii preimpregnate pentru a scădea temporar vâscozitatea rășinii și aplicarea unei presiuni mai mari în timpul fazei inițiale de impregnare. În timp ce procesul de preimpregnare (utilizat pe scară largă de Dongli) produce în general un conținut de goluri mai mic decât stratul umed datorită conținutului controlat de rășină și consolidării în vid, componenta aramidă prezintă încă provocări în comparație cu fibrele de carbon ușor umezite din țesătura de aramidă de carbon. Compararea metodelor de procesare subliniază dificultatea:

III. Soluții: Modificarea suprafeței și optimizarea rășinilor

Inginerii trebuie să intervină activ pentru a îmbunătăți interfața țesăturii cu aramidă de carbon, folosind fie modificarea suprafeței fibrei, fie ajustări ale formulării rășinii.

A. Tratament de suprafață pentru aderența cu rășină cu fibre de aramid

Cea mai de impact este pre-tratarea filamentelor de aramidă. Tratamentul eficient al suprafeței pentru aderența cu fibre de aramidă a rășinii include gravarea chimică (de exemplu, soluții acide sau alcaline) sau tratamentul cu plasmă. Aceste procese introduc grupări funcționale active (cum ar fi grupările hidroxil sau carboxil) pe suprafața aramidei, crescând energia de suprafață a acesteia și creând legături covalente puternice sau legături de hidrogen cu matricea polimerică. Schimbul critic este acela de a se asigura că tratamentul îmbunătățește aderența fără a provoca daune structurale structurii extrem de cristaline a aramidei, ceea ce ar compromite rezistența sa inerentă la tracțiune.

B. Metode de îmbunătățire a umezirii cu rășină de țesătură de aramidă de carbon

Dacă modificarea fibrei nu este fezabilă, trebuie utilizată modificarea rășinii. Metodele de îmbunătățire a udarii rășinii din țesătură aramidă de carbon se concentrează pe ajustarea tensiunii superficiale a rășinii pentru a fi mai mică decât energia de suprafață a fibrei (ecuația Young). Aceasta implică adăugarea de agenți tensioactivi specifici sau diluanți nereactivi la formula de rășină. În plus, procese precum turnarea prin transfer de rășină (RTM) sau infuzia de rășină asistată prin vid (VARI), utilizate în instalația Dongli, se bazează pe presiune precisă a vidului și debite controlate pentru a forța mecanic rășina în fasciculele de aramidă țesute strâns, compensând umezirea naturală slabă.

IV. Consecințe: conținut de gol și degradare mecanică

Eșecul de a obține o umezire suficientă a rășinii are un impact negativ direct, cuantificabil asupra integrității structurale și a performanței piesei finite din material compozit de aramid de carbon.

A. Compozit hibrid de aramid de carbon Void Conținut Impact

Deficiența de umectare a rășinii este cauza principală a porozității sau a conținutului de goluri (bule de aer prinse în laminat). Golurile acționează ca concentratoare de stres și locuri de inițiere a fracturilor. Impactul asupra conținutului de goluri din compozit aramid de carbon hibrid este cel mai sever asupra proprietăților dominate de matrice, în special asupra rezistenței la forfecare inter-laminară (ILSS). Conținutul ridicat de goluri reduce drastic capacitatea materialului de a rezista delaminarii. Degradarea proprietăților mecanice din cauza golurilor este bine documentată:

B. Wet Layup Carbon Aramid Fabric Proprietăți mecanice

Pentru structurile compozite fabricate folosind metoda proprietăților mecanice ale țesăturii de aramidă de carbon cu strat umed, umezirea slabă compromite, de asemenea, caracteristicile cheie de performanță oferite de fibra de aramidă. Aramida este inclusă în primul rând pentru capacitatea sa de absorbție mare a energiei (rezistența la impact). Dacă rășina nu aderă pe deplin la fibra aramidă, sarcina nu poate fi transferată eficient, reducând capacitatea fibrei de a opri propagarea fisurilor, compromițând astfel rezistența la impact și scăzând drastic durata de viață la oboseală a întregului laminat.

V. Controlul calității și expertiză completă în proces

La Jiangyin Dongli New Materials Technology Co., Ltd., atenuăm aceste probleme de umezeală și gol printr-o abordare complet integrată, unică. Mediul nostru de producție controlat, incluzând zone de purificare de grad 100.000, minimizează contaminarea care poate perturba umezirea. Utilizăm procese avansate de producție, inclusiv Autoclave, RTM, RMCP, PCM, WCM și tehnologii de pulverizare, asigurându-ne că fiecare etapă, de la cercetarea și dezvoltarea țesăturilor din fibre de înaltă performanță până la produsul final compozit, respectă standarde riguroase de calitate, minimizând conținutul de goluri și garantând performanța mecanică specificată.

VI. Proiectarea interfeței

Maximizarea performanței structurale și mecanice a unui material compozit cu aramidă de carbon depinde de proiectarea cu succes a interfeței fibră-rășină pentru a depăși energia de suprafață scăzută a aramidei. Fie prin metode sofisticate de soluție preimpregnată cu energie de suprafață scăzută din fibre de aramid sau prin pre-tratarea fibrei folosind tehnici de aderență a rășinii cu fibre de aramidă, controlul meticulos al procesului și aplicarea științei materialelor sunt esențiale. Cumpărătorii B2B care caută componente de înaltă fiabilitate trebuie să colaboreze cu producători care dețin expertiza și controlul complet al procesului, cum ar fi Dongli, pentru a se asigura că conținutul scăzut de goluri se traduce direct în rezistență mecanică ridicată și durabilitate excepțională.

VII. Întrebări frecvente (FAQs)

Î1: De ce este fibra de aramidă rezistentă în mod natural la umezirea rășinii?

• R: Fibra de aramidă este compusă din lanțuri polimerice aromatice foarte orientate, care sunt inerte din punct de vedere chimic și nu au grupări funcționale active la suprafață. Acest lucru are ca rezultat o energie de suprafață în mod inerent scăzută, ceea ce face ca rășinile cu tensiune superficială ridicată să se plieze (unghi de contact mare) mai degrabă decât să se răspândească și să pătrundă eficient.

Î2: Care este cel mai frecvent defect cauzat de umezirea slabă a rășinii în țesătura aramidă de carbon?

• R: Singurul defect cel mai frecvent este conținutul ridicat de goluri (porozitatea). Mănunchiurile de fibre neumezite captează bulele de aer în timpul procesului de întărire, iar aceste goluri acționează ca concentratori critici de stres, slăbind în special rezistența la forfecare inter-laminară (ILSS) a impactului asupra conținutului de goluri compozite de aramid de carbon hibrid.

Î3: Care este mai eficient pentru a rezolva problema energiei de suprafață scăzute: tratarea suprafeței fibrelor sau reducerea vâscozității rășinii?

• R: Tratamentul suprafeței fibrei (de exemplu, plasmă sau chimic) este în general mai eficient, deoarece modifică chimic energia de suprafață a fibrei, promovând legătura chimică reală. Reducerea vâscozității rășinii, una dintre metodele de îmbunătățire a udarii rășinii cu țesături aramid de carbon, ajută mecanic, dar nu îmbunătățește rezistența chimică a aderenței la interfață.

Î4: Cum afectează umezirea slabă rezistența la impact, care este un beneficiu cheie al fibrei de aramidă?

• R: Udarea slabă izolează fibrele de aramid din matricea de rășină portantă. În timpul unui impact, energia nu poate fi transferată eficient de la matrice la fibrele de aramidă de înaltă tenacitate, împiedicând fibrele să absoarbă energia și stopând propagarea fisurilor, compromițând astfel performanța globală la impact a compozitului.

Î5: De ce au nevoie producătorii de medii specializate (cum ar fi zone de purificare de 100.000 de grad) pentru procesarea țesăturii de aramidă de carbon?

• R: Mediile de precizie sunt cruciale deoarece contaminanții de suprafață (cum ar fi praful, uleiul sau umiditatea) pot reduce drastic energia de suprafață deja scăzută a fibrei, ceea ce duce la umezirea rășinii și mai proastă. Camerele curate asigură procesarea materialului în condiții optime, fără contaminare, pentru a maximiza potențialul soluției de preimpregnat cu energie de suprafață scăzută din fibră de aramid aleasă.