У припреми термопластичних угљеничних влакана, индустрија обично користи ова четири средства за димензионисање.

У циљу побољшања компатибилности агенса за димензионисање са композитима на бази термопластичне смоле, индустрија је спровела опсежна истраживања о различитим новим агенсима за димензионисање за различите термопластичне смоле, са циљем да постигне блиску структурну сличност и јаке интеракције између агенаса за димензионисање и термопластичних смола. . После бројних експеримената и упоредних процена података, установљено је да су следећа четири средства за величило посебно погодна: полиамид (ПА), полиуретан (ПУ), полиарилетар и полиимид (ПИ).

1. Полиамид (ПА) Средство за димензионисање

Полиамид (ПА), такође познат као најлон, поседује одличну хемијску стабилност, отпорност на хабање и механичка својства. Обично се користи у специјалним влакнима, инжењерској пластици и композитним матричним смолама на бази термопластичне смоле. Пошто се ПА нашироко користи као матрична смола за композите на бази термопластичне смоле, избор ПА као компоненте средства за димензионисање може побољшати међуфазну компатибилност композита на бази термопластичне смоле.

Средство за димензионисање на бази растварача је припремљено растварањем модификованог ПА у полиолима и наношењем на Т300 угљенична влакна смањене величине. Ово је довело до производње ЦФ/ПА66 композита. Добра компатибилност између агенса за димензионисање и најлон 66 матричне смоле резултирала је синергистичким ефектом хемијског везивања и физичке адсорпције, успешно побољшавајући затезну чврстоћу и ударну чврстоћу композита за 40,87% и 43,59%, респективно.

Међутим, овај метод захтева значајну количину органских растварача, што представља озбиљну претњу по животну средину и безбедност производње, а потрошња енергије за раствараче за сушење је знатна. Стога се фокус истраживања агенса за димензионирање ПА постепено помера ка еколошки прихватљивијим системима агенаса за димензионисање на бази воде. Тренутно су зрелији приступи добијање стабилних диспергованих ПА емулзија коришћењем површински активних супстанци и припрема водених агенаса за димензионисање ПА путем хидрофилне модификације.

2. Полиуретански (ПУ) агенс за димензионисање

Полиуретан (ПУ) показује добру компатибилност и чврстоћу везивања са различитим термопластичним смолама због своје јединствене хемијске структуре, што га чини широко применљивим као средство за димензионисање. Коришћењем сличности и компатибилности између уретанских и карбонатних структура, ПУ се може користити као средство за одређивање величине влакана у композитима од угљеничних влакана (ЦФ)/термопластичног поликарбоната (ПЦ) методом растварача.

Термичка стабилност полиуретанског (ПУ) агенса је одлична; почиње да губи на тежини тек на температурама до 270 степени. Ово омогућава хемијско повезивање са карбонатним структурама у поликарбонатној (ПЦ) матрици, што резултира повећањем интерламинарне чврстоће композита на смицање са 38,1 МПа на 62,9 МПа, што представља побољшање од 65%.

Међутим, са све већим нагласком на питањима животне средине, ПУ средства за величило на бази растварача постепено се замењују системима агенаса за димензионисање на бази воде. Емулзиона дисперзија је једна од најчешће коришћених метода за припрему ПУ агенаса за димензионисање на бази воде. Емулзиони ПУ агенси за димензионирање на бази воде могу се чувати до шест месеци под условима сушења на нормалним температурама, са отпорношћу на топлоту која достиже 280–300 степени, што може повећати међуламинарну чврстоћу на смицање ЦФ/ПА66 композита на преко 78 МПа, што показује више значајно побољшање.

Полиарилетер Средство за димензионисање

Полиарилетери су полимери који садрже ароматичне прстенове и етарске везе. Добро познати примери укључују полиетар етар кетон (ПЕЕК), полифенилен сулфид (ППС) и полиетерсулфон (ПЕС). Чврсти бензенски прстенови и флексибилне етарске везе дају овим материјалима одличне механичке и термичке особине, а истовремено омогућавају да неки системи буду кристални, омогућавајући континуирану употребу под високим температурама и влажним условима. Они се широко користе као инжењерске пластике високих перформанси и термопластичне смоле у ​​ваздухопловству, електроници, енергетици и медицини.

Међутим, крута и стабилна структура полиарилетера, иако пружа многе предности, такође их чини изазовним да реагују са другим активним групама, што доводи до слабе међуфазне везе са угљеничним влакнима (ЦФ). Због тога је модификовање полиарилетерских система и припрема агенаса за димензионисање како би се побољшала њихова чврстоћа везивања са ЦФ и термопластичним матрицама постао приоритетан проблем за решавање. Третман јаком киселином је ефикасан метод за увођење активних група у молекуле полиарилетра.

Коришћењем третмана сулфонацијом, структуре натријум сулфоната (−СО3На) су уведене у ПЕЕК систем да би се припремило средство за димензионисање. Сулфонске групе могу да формирају водоничне везе са групама на површини влакана, а средство за димензионисање је компатибилно са ПЕЕК матриксом, олакшавајући влажење и инфилтрацију смоле матрикса у ЦФ. Чврстоћа на интерламинарни смицање композитног материјала достигла је 78,2 МПа.

Поред тога, припремљено је хибридно средство за одређивање величине на бази растварача модификовањем графен оксида (ГО) са структуром диамина сличном полиетерсулфону (ПЕС), који не само да је увео активне амино групе већ је такође побољшао термичку стабилност система. Различите интеракције као што су хемијско везивање, водонична веза, поларна привлачност, ван дер Валсове силе и механичко спајање могу постићи јаку везу између агенса за димензионисање, ГО, ЦФ и ПЕС матрице, што резултира побољшањем међуфазних својстава од 74,1%. од ЦФ/ПЕС композита.

4. Полиимид (ПИ) Средство за димензионисање

Полиимиди (ПИ) су полимери високих перформанси који садрже имидне прстенове у својој молекуларној кичми. Они поседују веома круту структуру ланца и одличне механичке особине, што их чини једним од полимерних материјала са највишим температурама. ПИ су нашле широку примену у ваздухопловству, војној опреми, електронским комуникацијама и другим областима. Међу њима, полиетар имид (ПЕИ) агенси за величину, који садрже флексибилне етарске везе, стекли су значајну пажњу последњих година као агенси за величање на високим температурама због њихове изузетне термичке стабилности, побољшане флексибилности, боље растворљивости и компатибилности са термопластичним смолама.

ПИ агенси за димензионисање могу да издрже високе температуре, испуњавајући услове обликовања и употребе за композите на бази термопластичне смоле високих перформанси (као што су ЦФ/ПЕС и ЦФ/ПЕЕК композити). Међутим, слично полиарилетерским агенсима за димензионисање, крута и стабилна молекуларна структура ПИ агенаса за димензионисање резултира ниским капацитетом везивања са угљеничним влакнима (ЦФ) и лошом обрадивости, што захтева хемијску модификацију.

Модификација агенса за одређивање величине ПИ изведена је коришћењем наночестица дисперговањем угљеничних наноцеви са више зидова (МВЦНТ) у дихлорометански раствор ПЕИ. Методом растварача обрађена је површина ЦФ тканине класе Т300. Истраживања су открила да МВЦНТ у мешовитом средству за димензионисање ефикасно уводи велики број активних група и може равномерно да покрије површину влакана. Након одређивања величине, имидни прстенови у ПЕИ-у могли су да формирају поларне интеракције и водоничне везе са хидроксилним и карбоксилним групама на површини МВЦНТ, док су се π-π интеракције слагања догодиле између ароматичних прстенова МВЦНТ-а и ПЕЕК матричне смоле. Ова модификација значајно је инхибирала ширење пукотина, што је на крају резултирало међуламинарном чврстоћом на смицање од 90,7 МПа за композитни материјал.

Строго говорећи, полиамид (ПА), полиуретан (ПУ), полиарилетар и полиимид (ПИ) представљају четири категорије агенаса за димензионисање, од којих је свака прилагођена различитим типовима термопластичних смола. Ови системи агенса за димензионисање обично пролазе кроз различите модификације током употребе како би се ефикасно побољшале карактеристике перформанси термопластичних композита од угљеничних влакана. Поред тога, неопходно је размотрити да ли експериментални процеси могу изазвати значајне негативне утицаје на животну средину. Да би се пронашла оптимална решења, бројни стручњаци и научници како у земљи тако и у иностранству настоје да идентификују најприкладније приступе.