Làm thế nào để chọn nhựa làm cho vật liệu composite sợi carbon

Vật liệu composite bao gồm sợi gia cố và vật liệu nhựa. Vai trò của nhựa trong vật liệu composite là rất quan trọng. Việc lựa chọn nhựa xác định một loạt các thông số quy trình đặc trưng, một số tính chất cơ học và chức năng (tính nhiệt, tính dễ cháy, khả năng chống môi trường, v.v.) và tính chất nhựa cũng là một yếu tố quan trọng để hiểu các tính chất cơ học của vật liệu composite. Khi lựa chọn nhựa, một loạt các quy trình và tính chất của vật liệu composite được xác định một cách tự nhiên.

Hiện nay, hầu hết các ứng dụng và tính chất của sợi carbon đòi hỏi phải chọn nhựa làm chất mang. Các tính chất của nhựa ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất tổng thể của vật liệu composite. Các môi trường và yêu cầu ứng dụng khác nhau đòi hỏi phải trộn nhựa với các thành phần khác nhau. Nhựa được chọn có thể có tác động đáng kể đến dự án bạn đã hoàn thành. Việc lựa chọn nhựa đúc có thể khác nhau tùy thuộc vào khả năng tương thích vải, điều kiện sử dụng và hiệu suất mong muốn của các bộ phận đã hoàn thành. Có ba loại nhựa nhiệt rắn thường cần được xem xét khi sản xuất vật liệu composite sợi carbon: epoxy, vinyl ester và polyester. Dưới đây là một cái nhìn tổng quan toàn diện về ba phương pháp này, bao gồm chức năng của chúng và những gì chúng nên được sử dụng.

Epoxy nhựa

Đối với các thành phần composite đòi hỏi độ bền tối đa, nhà sản xuất sẽ sử dụng epoxy. Ngoài việc cải thiện hiệu suất sức mạnh, epoxy thường được ưa chuộng hơn polyester và vinyl ester vì chúng có độ ổn định kích thước và tăng liên kết với các vật liệu khác.

Ưu điểm:

Epoxy Resin Hiệu suất cường độ cao cho các ứng dụng truyền chân không Dễ dàng xử lý Độ nhớt trung bình

Nhược điểm:

Không thể được sử dụng cho cảm thấy cắt ngắn, không ổn định tia cực tím, phải được sử dụng với sơn hoàn thiện khi tiếp xúc với tia cực tím

Nhựa polyester

Polyester là loại nhựa được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp vật liệu composite. Polyester có giá thấp hơn, có khả năng chống ăn mòn nhất định và khoan dung hơn epoxy. Hầu hết các bộ phận sợi thủy tinh được làm bằng nhựa polyester vì chúng dễ sử dụng, nhanh chóng chữa khỏi và chịu được nhiệt độ khắc nghiệt và chất xúc tác. Sợi thủy tinh có hai loại nhựa polyester khác nhau, mỗi loại đều có lợi thế và công dụng riêng.

Dễ vận hành, làm ướt nhanh và có chỉ số touch cao (sản phẩm sẽ không chạy trên bề mặt thẳng đứng)

Nhược điểm:

Tính chất vật lý thấp hơn so với các loại nhựa đắt tiền hơn

nhựa vinyl ester

Nhựa vinyl ester được coi là hỗn hợp của polyester và epoxy, có nghĩa là các đặc tính xử lý, hiệu suất và giá cả của chúng thường nằm ở giữa các loại khác. Đáng chú ý, trong số ba loại nhựa này, nhựa vinyl ester sẽ cung cấp khả năng chống ăn mòn, nhiệt độ và độ giãn dài cao nhất (độ dẻo dai). Do đó, chúng thường được sử dụng khi cần độ bền cao, ổn định nhiệt và chống ăn mòn.

Ưu điểm:

nhựa vinyl ester

- Rất ổn định, chống ăn mòn, chịu nhiệt

Nhược điểm:

- Thời hạn sử dụng ngắn (3 tháng)

Do đó, điều quan trọng là phải hiểu sự khác biệt giữa các loại nhựa và cách chúng ảnh hưởng đến hiệu suất của vật liệu composite. Nhưng tất cả các vật liệu composite đều có những ưu điểm chung: độ bền cao hơn, độ cứng, trọng lượng nhẹ hơn và khả năng chống môi trường tốt hơn. Mỗi tính năng này có thể trở nên nổi bật hơn bằng cách sử dụng các loại nhựa bổ sung. Để chọn loại nhựa phù hợp nhất, trước tiên bạn cần xác định các tính chất chính cần thiết cho vật liệu composite.

1. Bổ sung các chức năng hiện có

Cách hiệu quả nhất để tạo ra vật liệu composite nhẹ là sử dụng nhựa polyester không bão hòa. Nhựa có các tính chất cơ học, điện và hóa học tương đối tốt và có thể được sử dụng trong một loạt các ứng dụng chung như vận chuyển, cấu trúc và cấu hình xây dựng.

Tuy nhiên, nếu độ cứng hoặc sức mạnh lớn hơn là cần thiết, thì epoxy được cho là tốt nhất. Sự kết hợp giữa epoxy và sợi là mạnh mẽ, có nghĩa là tải trọng cắt cao hơn có thể được truyền giữa các sợi, cho phép vật liệu composite có giá trị cường độ cao hơn. Kết hợp với hàm lượng sợi cao hơn cho phép của epoxy, vật liệu composite có độ bền tuyệt vời và độ cứng cao có thể được chế tạo, có thể được sửa đổi thêm cho các ứng dụng nhiệt độ cao nếu cần.

Ngoài ra, nhựa vinyl ester có thể là lựa chọn tốt hơn nếu vật liệu composite cần khả năng chống lại môi trường khắc nghiệt ngoài độ cứng. Cấu trúc phân tử của vinyl ester cung cấp khả năng kháng hóa chất, vì vậy việc sử dụng vinyl ester sẽ cải thiện hiệu suất của vật liệu composite nếu nó được sử dụng trong môi trường biển hoặc trong các ứng dụng công nghiệp có axit hoặc kiềm.

Khi sản xuất các cấu hình composite cần được lắp ráp bằng vít, vật liệu composite phải có sức mạnh chống nứt và gãy. Điều này có thể đạt được thông qua thiết kế cấu trúc, nhưng việc lựa chọn loại nhựa phù hợp có thể đơn giản hóa cấu trúc và giảm chi phí, làm cho vật liệu composite phù hợp với nhiều ứng dụng hơn. Ví dụ, polyurethane rất cứng so với polyester không bão hòa, làm cho nó lý tưởng cho các ứng dụng như vậy.

2. Thêm chức năng mới

Chọn một loại nhựa có thể bổ sung cho các đặc tính có giá trị nhất của vật liệu composite sẽ cải thiện hiệu suất và tuổi thọ của vật liệu composite. Tuy nhiên, dành thời gian để chọn nhựa không chỉ cải thiện hiệu suất hiện có của bạn.

Nhựa cũng có thể thêm hiệu suất hoàn toàn mới cho các sản phẩm composite. Phụ gia nhựa có thể được thêm vào nhựa để đạt được một loạt các lợi ích: từ bề mặt hoàn thiện hoặc cải thiện màu sắc đơn giản, đến các cải tiến phức tạp hơn như khả năng chống tia cực tím, kháng khuẩn hoặc kháng virus.

Ví dụ, vì nhựa tự nhiên phân hủy khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, việc bổ sung chất hấp thụ tia cực tím để ngăn chặn bức xạ tia cực tím có thể cho phép vật liệu composite hoạt động tốt hơn trong môi trường sáng, thường dẫn đến sự giòn và phân hủy vật liệu.

Tương tự như vậy, các chất phụ gia kháng khuẩn có thể được trộn vào nhựa để ngăn ngừa nhiễm khuẩn hoặc nấm. Điều này áp dụng cho bất kỳ sản phẩm composite nào liên quan đến hoạt động của con người, chẳng hạn như máy móc, phương tiện giao thông công cộng và thiết bị y tế.

3. Ảnh hưởng bên ngoài khác

Điều quan trọng cần lưu ý là trong một số trường hợp, việc bổ sung các chất phụ gia nhựa có thể thay đổi tính chất của vật liệu composite. Ví dụ, trong một số trường hợp cực đoan, cần một lượng lớn chất phụ gia chống cháy để hoạt động hiệu quả. Tại thời điểm này, số lượng sợi trong vật liệu composite phải giảm và độ bền và độ cứng cũng giảm tương ứng.

Lựa chọn nhựa là một phần quan trọng của thiết kế tổng hợp và không thể bỏ qua. Giải pháp tối ưu có thể được tạo ra bằng cách xác định các tính chất mong muốn nhất của vật liệu composite, kết hợp chúng với nhựa phù hợp để cải thiện chúng, có tính đến sự cân bằng giữa sợi và nhựa.