Při přípravě termoplastických uhlíkových vláken průmysl běžně používá tyto čtyři klížidla.

Aby se zlepšila kompatibilita klížících činidel s kompozity na bázi termoplastických pryskyřic, provedl průmysl rozsáhlý výzkum různých nových klížících činidel pro různé termoplastické pryskyřice s cílem dosáhnout úzké strukturní podobnosti a silných interakcí mezi klížícími činidly a termoplastickými pryskyřicemi. . Po četných experimentech a vyhodnocení srovnávacích dat bylo zjištěno, že zvláště vhodná jsou následující čtyři klížidla: polyamid (PA), polyurethan (PU), polyarylether a polyimid (PI).

1. Polyamid (PA) klížidlo

Polyamid (PA), také známý jako nylon, má vynikající chemickou stabilitu, odolnost proti opotřebení a mechanické vlastnosti. Běžně se používá ve speciálních vláknech, technických plastech a kompozitních matricových pryskyřicích na bázi termoplastických pryskyřic. Protože PA byl široce používán jako matricová pryskyřice pro kompozity na bázi termoplastické pryskyřice, výběr PA jako složky klížícího činidla může zlepšit mezifázovou kompatibilitu kompozitů na bázi termoplastické pryskyřice.

Klížidlo na bázi rozpouštědla bylo připraveno rozpuštěním modifikovaného PA v polyolech a jeho nanesením na uhlíkové vlákno T300 zbavené klížení. To vedlo k výrobě kompozitů CF/PA66. Dobrá kompatibilita mezi klížícím činidlem a matricovou pryskyřicí nylon 66 vedla k synergickému účinku chemické vazby a fyzikální adsorpce, úspěšně zlepšila pevnost v tahu a rázovou houževnatost kompozitů o 40,87 % a 43,59 %.

Tato metoda však vyžaduje značné množství organických rozpouštědel, což představuje vážné ohrožení bezpečnosti životního prostředí a výroby a spotřeba energie na sušení rozpouštědel je značná. Proto se zaměření výzkumu PA klížících činidel postupně přesouvá směrem k ekologičtějším systémům klížících činidel na vodní bázi. V současné době je získání stabilních dispergovaných emulzí PA pomocí povrchově aktivních látek a příprava vodných klížidel PA pomocí hydrofilní modifikace vyspělejšími přístupy.

2. Polyuretanový (PU) klížící prostředek

Polyuretan (PU) vykazuje dobrou kompatibilitu a pevnost spojení s různými termoplastickými pryskyřicemi díky své jedinečné chemické struktuře, díky čemuž je široce použitelný jako klížidlo. Využitím podobností a kompatibility mezi uretanovými a karbonátovými strukturami lze PU použít jako klížidlo pro klížení vláken v kompozitech uhlíkové vlákno (CF)/termoplastický polykarbonát (PC) pomocí rozpouštědlové metody.

Tepelná stabilita polyuretanového (PU) klížidla je vynikající; začíná hubnout až při teplotách do 270 stupňů. To umožňuje chemickou vazbu s karbonátovými strukturami v polykarbonátové (PC) matrici, což vede ke zvýšení interlaminární pevnosti ve smyku kompozitů z 38,1 MPa na 62,9 MPa, což představuje 65% zlepšení.

S rostoucím důrazem na otázky životního prostředí jsou však PU klížidla na bázi rozpouštědel postupně nahrazována systémy klížidel na vodní bázi. Emulzní disperze je jednou z běžně používaných metod pro přípravu PU klížidel na vodní bázi. Emulzní PU klížidla na vodní bázi lze skladovat po dobu až šesti měsíců za normálních teplotních podmínek sušení, s tepelnou odolností dosahující 280–300 stupňů, což může zvýšit mezilaminární pevnost ve smyku kompozitů CF/PA66 na více než 78 MPa, což dokazuje více významné vylepšení.

Polyarylether klížící činidlo

Polyarylethery jsou polymery, které obsahují aromatické kruhy a etherové vazby. Dobře známé příklady zahrnují polyetheretherketon (PEEK), polyfenylensulfid (PPS) a polyethersulfon (PES). Pevné benzenové kruhy a flexibilní etherové vazby dodávají těmto materiálům vynikající mechanické a tepelné vlastnosti a zároveň umožňují, aby některé systémy byly krystalické, což umožňuje nepřetržité použití za vysokých teplot a vlhkých podmínek. Jsou široce používány jako vysoce výkonné technické plasty a termoplastické pryskyřice v letectví, elektronice, energetice a lékařství.

Tuhá a stabilní struktura polyaryletherů, přestože poskytuje mnoho výhod, je pro ně také náročná na reakci s jinými aktivními skupinami, což vede ke slabé mezifázové vazbě s uhlíkovými vlákny (CF). Modifikace polyaryletherových systémů a příprava klížících činidel pro zvýšení jejich pevnosti spojení s CF a termoplastickými matricemi se proto stala prioritním problémem, který je třeba řešit. Ošetření silnou kyselinou je účinnou metodou pro zavedení aktivních skupin do polyaryletherových molekul.

Použitím sulfonačního zpracování byly do systému PEEK zavedeny struktury sulfonátu sodného (-SO3Na), aby se připravilo klížící činidlo. Sulfonové skupiny mohou tvořit vodíkové vazby se skupinami na povrchu vlákna a klížidlo je kompatibilní s matricí PEEK, což usnadňuje smáčení a infiltraci matricové pryskyřice do CF. Interlaminární pevnost ve smyku kompozitního materiálu dosáhla 78,2 MPa.

Kromě toho bylo hybridní klížidlo na bázi rozpouštědla připraveno modifikací oxidu grafenu (GO) s diaminovou strukturou podobnou struktuře polyethersulfonu (PES), která nejen zavedla aktivní aminoskupiny, ale také zlepšila tepelnou stabilitu systému. Různé interakce, jako je chemická vazba, vodíková vazba, polární přitažlivost, van der Waalsovy síly a mechanické provázání, mohou dosáhnout silné vazby mezi klížícím činidlem, GO, CF a PES matricí, což vede k 74,1% zlepšení vlastností rozhraní. kompozitů CF/PES.

4. Polyimid (PI) klížidlo

Polyimidy (PI) jsou vysoce výkonné polymery, které ve svém molekulárním skeletu obsahují imidové kruhy. Mají vysoce tuhou strukturu řetězce a vynikající mechanické vlastnosti, díky čemuž jsou jedním z polymerů s nejvyšší teplotní odolností. PI našly široké uplatnění v letectví, vojenském vybavení, elektronické komunikaci a dalších oblastech. Mezi nimi polyetherimidová (PEI) klížící činidla, která obsahují flexibilní etherové vazby, získala v posledních letech značnou pozornost jako vysokoteplotní klížidla díky své výjimečné tepelné stabilitě, zlepšené flexibilitě, lepší rozpustnosti a kompatibilitě s termoplastickými pryskyřicemi.

PI klížidla mohou odolat vysokým teplotám, splňují podmínky lisování a použití pro vysoce výkonné kompozity na bázi termoplastické pryskyřice (jako jsou kompozity CF/PES a CF/PEEK). Avšak podobně jako u polyaryletherových klížících činidel má tuhá a stabilní molekulární struktura PI klížících činidel za následek nízkou vazebnou kapacitu s uhlíkovými vlákny (CF) a špatnou zpracovatelnost, což vyžaduje chemickou úpravu.

Modifikace PI klížícího činidla byla provedena pomocí nanočástic dispergováním vícestěnných uhlíkových nanotrubic (MWCNT) do dichlormethanového roztoku PEI. Pomocí rozpouštědlové metody byl ošetřen povrch tkaniny CF třídy T300. Výzkum zjistil, že MWCNT ve smíšeném klížícím činidle účinně zavádí velké množství aktivních skupin a může rovnoměrně pokrýt povrch vlákna. Po dimenzování mohly imidové kruhy v PEI tvořit polární interakce a vodíkové vazby s hydroxylovými a karboxylovými skupinami na povrchu MWCNT, zatímco mezi aromatickými kruhy MWCNT a matricovou pryskyřicí PEEK došlo k interakcím π-π. Tato modifikace významně inhibovala šíření trhlin, což nakonec vedlo k interlaminární pevnosti ve smyku 90,7 MPa pro kompozitní materiál.

Přísně vzato, polyamid (PA), polyuretan (PU), polyarylether a polyimid (PI) představují čtyři kategorie klížidel, z nichž každá je přizpůsobena pro různé typy termoplastických pryskyřic. Tyto systémy klížících činidel typicky procházejí během používání různými modifikacemi, aby se účinně zlepšily výkonnostní charakteristiky termoplastických kompozitů z uhlíkových vláken. Kromě toho je nezbytné zvážit, zda experimentální procesy mohou způsobit významné negativní dopady na životní prostředí. Aby bylo možné nalézt optimální řešení, mnoho odborníků a vědců doma i v zahraničí se snaží identifikovat nejvhodnější přístupy.