Pēc gadu desmitiem ilgas izstrādes augstas veiktspējas uzlabota kompozītmateriāla oglekļa šķiedra ir kļuvusi par vienu no vēlamajiem materiālu risinājumiem kosmosa, dzelzceļa transporta, viedo iekārtu, augstākās klases medicīnas iekārtu un dažādu civilo produktu modernizācijai. Oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem ir tādas veiktspējas priekšrocības kā viegls svars, augsta izturība, zema šļūde, izturība pret koroziju un izturība pret nogurumu. Tomēr, apmierinot īpašās vajadzības, joprojām pastāv zināmas problēmas vai defekti. Šajā rakstā ir jāizpēta jautājums, kā efektīvi uzlabot šīs problēmas un palielināt oglekļa šķiedras kompozītmateriālu pielietojuma vērtību.
1. Rūdīšana
Ar oglekļa šķiedru pastiprinātiem kompozītmateriāliem ir augsta izturība un laba veiktspēja, taču īpašais kompozītmateriālu liešanas process var negatīvi ietekmēt to triecienizturību, izturību pret lūzumiem un atslāņošanās izturību. Oglekļa šķiedras kompozītmateriāli mehāniskās slodzēs veidos dažādus atteices mehānismus. Tiklīdz atbrīvotā deformācijas enerģija pārsniedz enerģiju, kas nepieciešama, lai izveidotu jaunu virsmas laukumu vai radītu plastisku deformāciju plaisas gala tuvumā, šajos plaisas izplatīšanās posmos var rasties nopietnas sekas.
Cietinātāju pievienošana sveķiem ir parasta metode, lai novērstu trauslumu un vieglu nelielu plaisu rašanos oglekļa šķiedras materiālos. Tomēr cietību uzlabojošām daļiņām parasti ir slikta izkliede, un tās bieži veido reģionus ar augstu un zemu daļiņu blīvumu, kas var samazināt kompozītmateriālu kopējo veiktspēju. Pašlaik attīstītās valstis, piemēram, Eiropa un Amerika, sāk likt nanošķiedras membrānas starp prepreg slāņiem. Šīs membrānas nepalielina preprega biezumu un svaru, bet var darboties kā nanomēroga pastiprinoši materiāli trauslām sveķu matricām starpslāņa zonā, galu galā veidojot stingrākus sveķus (ko var izmantot kopā ar citām rūdīšanas sistēmām). Šis risinājums ir izdevīgs, lai uzlabotu oglekļa šķiedras kompozītmateriālu pretslāņošanās, bojājumu toleranci un pretnoguruma īpašības, samazinot nelielu plaisu rašanos zem spiediena vai trieciena.
2. Termoplastisks
Pašlaik Ķīnā visplašāk izmantotie oglekļa šķiedras kompozītmateriāli joprojām galvenokārt ir balstīti uz epoksīdsveķiem. Šis termoreaktīvo oglekļa šķiedru kompozītmateriāls var apmierināt vispārējās rūpnieciskās vai civilās vajadzības, taču dažiem komponentiem ar ārkārtīgi augstām veiktspējas prasībām joprojām pastāv zināma atšķirība epoksīda bāzes oglekļa šķiedras kompozītmateriālu augstas temperatūras pretestībā un nodilumizturībā. Šī iemesla dēļ daudzi uzņēmumi oglekļa šķiedras nozarē aktīvi meklē risinājumus.
Oglekļa šķiedras kompozītmateriālu sistēmām ir ne tikai grūti sasniegt gan augstu izturību, gan augstas temperatūras izturību, bet arī darbības priekšrocības, piemēram, nodilumizturība, būs savstarpēji ierobežotas. Galvenais iemesls, kāpēc oglekļa šķiedras kompozītmateriāli nav izturīgi pret augstām temperatūrām, ir matricas materiāls. Agrāk kompozītmateriālu karstumizturība parasti tika uzlabota, pievienojot bismaleimīdu un citas metodes, taču gala darbības rezultāti joprojām nebija īpaši ideāli. Pašlaik vienvirziena prepreg, piemēram, nepārtrauktas oglekļa šķiedras pastiprinātas PPS/PES/PA6/PEEK, lokalizācija var aizstāt termoreaktīvos oglekļa šķiedras materiālus īpašos vai augstākās klases komponentos, kas var uzlabot oglekļa šķiedras materiālu, piemēram, augstas stiprības, visaptverošās priekšrocības, augsta temperatūras izturība, laba nodilumizturība, izturība pret koroziju un augsts drošības koeficients. Tas ir kļuvis par vienu no vēlamajiem risinājumiem oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem, kas nav izturīgi pret augstu temperatūru un nodilumu.