Vid framställning av termoplastisk kolfiber använder industrin vanligtvis dessa fyra limningsmedel.

För att förbättra kompatibiliteten hos limningsmedel med termoplastbaserade kompositer har industrin genomfört omfattande forskning på olika nya limningsmedel för olika termoplastiska hartser, i syfte att uppnå en nära strukturell likhet och starka interaktioner mellan limningsmedlen och termoplasterna. . Efter ett flertal experiment och jämförande databedömningar har det visat sig att följande fyra limningsmedel är särskilt lämpliga: polyamid (PA), polyuretan (PU), polyaryleter och polyimid (PI).

1. Polyamid (PA) Limningsmedel

Polyamid (PA), även känd som nylon, har utmärkt kemisk stabilitet, slitstyrka och mekaniska egenskaper. Det används vanligtvis i specialfibrer, teknisk plast och termoplastiska hartsbaserade kompositmatrishartser. Eftersom PA i stor utsträckning har använts som ett matrisharts för termoplastiska hartsbaserade kompositer, kan valet av PA som en komponent i limningsmedlet förbättra gränsytkompatibiliteten hos termoplastiska hartsbaserade kompositer.

Ett lösningsmedelsbaserat limningsmedel framställdes genom att lösa upp modifierad PA i polyoler och applicera den på T300-kolfiber med avskalning. Detta ledde till tillverkningen av CF/PA66-kompositer. Den goda kompatibiliteten mellan limningsmedlet och nylon 66-matrishartset resulterade i en synergistisk effekt av kemisk bindning och fysikalisk adsorption, vilket framgångsrikt förbättrade kompositernas draghållfasthet och slaghållfasthet med 40,87 % respektive 43,59 %.

Denna metod kräver dock en betydande mängd organiska lösningsmedel, vilket utgör allvarliga hot mot miljö- och produktionssäkerheten, och energiförbrukningen för att torka lösningsmedel är betydande. Därför flyttas fokus för PA-limningsmedelsforskningen gradvis mot mer miljövänliga vattenbaserade limningsmedelssystem. För närvarande är att erhålla stabila dispergerade PA-emulsioner med användning av ytaktiva ämnen och framställning av PA vattenhaltiga limningsmedel genom hydrofil modifiering mer mogna tillvägagångssätt.

2. Polyuretan (PU) Limningsmedel

Polyuretan (PU) uppvisar god kompatibilitet och bindningsstyrka med olika termoplastiska hartser på grund av dess unika kemiska struktur, vilket gör den allmänt användbar som limningsmedel. Genom att utnyttja likheterna och kompatibiliteterna mellan uretan- och karbonatstrukturerna kan PU användas som limningsmedel för limning av fibrerna i kolfiber (CF)/termoplastiska polykarbonat (PC) kompositer genom en lösningsmedelsmetod.

Den termiska stabiliteten för limningsmedlet av polyuretan (PU) är utmärkt; det börjar gå ner i vikt först vid temperaturer upp till 270 grader. Detta möjliggör kemisk bindning med karbonatstrukturerna i polykarbonat (PC) matrisen, vilket resulterar i en ökning av interlaminär skjuvhållfasthet för kompositerna från 38,1 MPa till 62,9 MPa, vilket motsvarar en 65% förbättring.

Men med den ökande betoningen på miljöfrågor ersätts lösningsmedelsbaserade PU-limningsmedel gradvis av vattenbaserade limningsmedelssystem. Emulsionsdispersion är en av de vanligaste metoderna för framställning av vattenbaserade PU-limningsmedel. Vattenbaserade emulsions-PU-limningsmedel kan lagras i upp till sex månader under normala torkningsförhållanden, med värmebeständighet som når 280–300 grader, vilket kan höja den interlaminära skjuvhållfastheten hos CF/PA66-kompositer till över 78 MPa, vilket visar en mer betydande förbättring.

Limningsmedel av polyaryleter

Polyaryletrar är polymerer som innehåller aromatiska ringar och eterbindningar. Välkända exempel inkluderar polyeter-eterketon (PEEK), polyfenylensulfid (PPS) och polyetersulfon (PES). De styva bensenringarna och flexibla eterbindningarna ger dessa material utmärkta mekaniska och termiska egenskaper, samtidigt som de tillåter vissa system att vara kristallina, vilket möjliggör kontinuerlig användning under höga temperaturer och fuktiga förhållanden. De används ofta som högpresterande tekniska plaster och termoplastiska hartser inom flyg, elektronik, energi och medicinska områden.

Den stela och stabila strukturen hos polyaryletrar, samtidigt som den ger många fördelar, gör det också utmanande för dem att reagera med andra aktiva grupper, vilket leder till svag gränssnittsbindning med kolfibrer (CF). Därför har modifiering av polyaryletersystem och förberedelse av limningsmedel för att förbättra deras bindningsstyrka med CF och termoplastiska matriser blivit ett prioriterat problem att ta itu med. Stark syrabehandling är en effektiv metod för att introducera aktiva grupper i polyaryletermolekyler.

Genom att använda en sulfoneringsbehandling infördes natriumsulfonatstrukturer (−SO3Na) i PEEK-systemet för att framställa ett limningsmedel. Sulfongrupperna kan bilda vätebindningar med grupperna på fiberytan, och limningsmedlet är kompatibelt med PEEK-matrisen, vilket underlättar vätning och infiltration av matrishartset i CF. Den interlaminära skjuvhållfastheten hos kompositmaterialet nådde 78,2 MPa.

Dessutom framställdes ett lösningsmedelsbaserat hybridlimningsmedel genom att modifiera grafenoxid (GO) med en diaminstruktur som liknar den för polyetersulfon (PES), som inte bara introducerade aktiva aminogrupper utan också förbättrade systemets termiska stabilitet. Olika interaktioner såsom kemisk bindning, vätebindning, polär attraktion, van der Waals-krafter och mekanisk sammanlåsning kan uppnå en stark bindning mellan limningsmedlet, GO, CF och PES-matrisen, vilket resulterar i en 74,1 % förbättring av gränssnittsegenskaperna. av CF/PES-kompositerna.

4. Polyimid (PI) Limningsmedel

Polyimider (PI) är högpresterande polymerer som innehåller imidringar i sin molekylära ryggrad. De har en mycket styv kedjestruktur och utmärkta mekaniska egenskaper, vilket gör dem till ett av de högsta temperaturklassade polymermaterialen. PI:er har hittat utbredda tillämpningar inom flyg, militär utrustning, elektronisk kommunikation och andra områden. Bland dessa har polyeterimid (PEI) limningsmedel, som innehåller flexibla eterbindningar, fått stor uppmärksamhet de senaste åren som limningsmedel vid hög temperatur på grund av deras exceptionella termiska stabilitet, förbättrade flexibilitet, bättre löslighet och kompatibilitet med termoplastiska hartser.

PI-limningsmedel tål höga temperaturer och uppfyller formnings- och användningsvillkoren för högpresterande termoplastiska hartsbaserade kompositer (som CF/PES och CF/PEEK-kompositer). Liksom polyaryleterlimningsmedel resulterar emellertid den styva och stabila molekylstrukturen hos PI-limningsmedel i låg bindningskapacitet med kolfibrer (CF) och dålig bearbetbarhet, vilket kräver kemisk modifiering.

Modifiering av PI-limningsmedlet utfördes med användning av nanopartiklar genom att dispergera flerväggiga kolnanorör (MWCNT) i en diklormetanlösning av PEI. Med hjälp av en lösningsmedelsmetod behandlades ytan av T300-kvalitet CF-tyg. Forskning fann att MWCNT i det blandade limningsmedlet effektivt introducerade ett stort antal aktiva grupper och kunde likformigt täcka fiberytan. Efter limning kunde imidringarna i PEI bilda polära interaktioner och vätebindningar med hydroxyl- och karboxylgrupper på MWCNT-ytan, medan π-π-staplingsinteraktioner inträffade mellan de aromatiska ringarna i MWCNT och PEEK-matrishartset. Denna modifiering hämmade avsevärt sprickutbredning, vilket slutligen resulterade i en interlaminär skjuvhållfasthet på 90,7 MPa för kompositmaterialet.

Strängt taget representerar polyamid (PA), polyuretan (PU), polyaryleter och polyimid (PI) fyra kategorier av limningsmedel, var och en skräddarsydd för olika typer av termoplastiska hartser. Dessa limningsmedelssystem genomgår typiskt olika modifieringar under användning för att effektivt förbättra prestandaegenskaperna hos termoplastiska kolfiberkompositer. Dessutom är det viktigt att överväga om de experimentella processerna kan orsaka betydande negativ påverkan på miljön. För att hitta optimala lösningar strävar många experter och forskare både nationellt och internationellt efter att identifiera de mest lämpliga metoderna.