تعد البوليمرات واحدة من المواد الأكثر استخدامًا والمعروفة في القرن الحادي والعشرين. ومع ذلك، فإن البوليمرات النقية ليست كافية للاستخدام في الصناعات التي تتطلب قوة كبيرة ومقاومة ممتازة للحرارة. ونتيجة لذلك، فإن المواد المركبة البلاستيكية الحرارية هي المواد المفضلة، وسيتطلب إنشاء هذه المواد الجديدة التغلب على العقبات مثل الاستهلاك العالي للطاقة، وتكاليف المواد الباهظة، والموثوقية، وقابلية إعادة التدوير.

جذبت ألياف الكربون (CF) انتباه الباحثين بسبب خصائصها الممتازة مثل الوزن الخفيف وقوة تحمل درجات الحرارة العالية والكثافة المنخفضة والمعامل العالي والمقاومة الكيميائية الجيدة. تعتبر CF أيضًا مادة فريدة ذات نسبة قوة إلى وزن عالية، وسمية منخفضة، وقابلة لإعادة التدوير، وغير قابلة للتآكل، ومقاومة جيدة للتآكل. بشكل عام، يتمتع CF بخصائص كهربائية وفيزيائية وميكانيكية وحرارية كبيرة. تشير المادة المركبة لدن بالحرارة إلى بوليمر لدن بالحرارة (مثل البولي إيثيلين (PE)، والبولي أميد (PA)، وكبريتيد البولي فينيلين (PPS)، والبولي إيثيريميد (PEI)، وبولي إيثر كيتون (PEKK)، وبولي إيثر كيتون (PEEK) كمصفوفة، مع مختلف الألياف المستمرة/المتقطعة (مثل ألياف الكربون، والألياف الزجاجية، وما إلى ذلك) كتعزيز للمواد المركبة.

تتمتع مركبات اللدائن الحرارية المقواة بألياف الكربون (CFRTP) بخصائص حرارية وميكانيكية وكهربائية ممتازة، مما يجعلها تستخدم على نطاق واسع في تطبيقات البناء والتشييد والبحرية والسيارات والسلع الرياضية والطائرات. تعتبر ألياف الكربون مادة واعدة لتعزيز مصفوفة البوليمر.

هناك عدة أنواع من مواد CF اعتمادًا على سلائفها/موادها الأولية، وخصائصها، ودرجات حرارة المعالجة في مرحلة المعالجة الحرارية. يمكن أيضًا تصنيف التليف الكيسي وفقًا للألياف المتقطعة والمستمرة (اتجاه الألياف داخل المصفوفة) أو طولها. ونتيجة لذلك، تنتج العديد من الشركات المصنعة أنواعًا مختلفة من CF. على سبيل المثال، يتم استخدام المواد المركبة المعتمدة على ألياف متقطعة في التطبيقات ذات الحجم الكبير حيث يلزم أن تكون الخصائص متناحية الخواص تقريبًا. من ناحية أخرى، تُستخدم المركبات القائمة على الألياف المستمرة على نطاق واسع في التطبيقات ذات الحجم المنخفض حيث تتطلب خصائص ميكانيكية أعلى في أحد الاتجاهين أو كليهما، مثل عوارض الدعم، وألواح الصدمات، والاحتواء.

تتميز مركبات ألياف الكربون القائمة على راتنجات اللدائن الحرارية بالتبلور والانتقال الزجاجي أثناء المعالجة، في حين أن مركبات ألياف الكربون القائمة على راتنجات اللدائن الحرارية لها تفاعلات ربط وعلاج. من وجهة نظر صعوبة العملية، فإن مركب ألياف الكربون اللدن بالحرارة يكون أكثر صعوبة في التسلل من مركب ألياف الكربون الحراري في عملية التحضير، ولكن في الوقت نفسه، المزايا واضحة أيضًا: لديها دورة صب قصيرة، وتأثير جيد. المقاومة، قابلة للحام، يمكن أن تحقق صب الثانوية، وحرية عالية للتصميم الهيكلي.

تتميز الأجزاء المختلفة المصنوعة من المواد المركبة البلاستيكية الحرارية المقواة بألياف الكربون بمزايا الكثافة المنخفضة والقوة العالية والمتانة العالية نسبيًا وإعادة التدوير وإعادة الاستخدام، ولها نطاق واسع من آفاق التطبيق في مجالات الطيران والجيش والآلات المتطورة والمجالات الطبية وغيرها. .

خمسة مركبات رئيسية من اللدائن الحرارية المقواة بألياف الكربون

1. PPS المقوى بألياف الكربون
PPS عبارة عن راتينج لدن بالحرارة شبه بلوري مع خصائص ميكانيكية ممتازة، ومقاومة التآكل الكيميائي، ومثبطات اللهب وما إلى ذلك. طريقة التعزيز بألياف الكربون لها أيضًا تأثير واضح جدًا على أداء PPS. في نطاق أقل من 50%، كلما زادت نسبة حجم ألياف الكربون في المادة المركبة بالحرارة، زادت الخواص الميكانيكية للمادة المركبة.

تم استخدام كبريتيد البولي فينيلين المقوى بألياف الكربون (PPS) على نطاق واسع في المجالات الفضائية والعسكرية في البلدان المتقدمة في أوروبا، لكن مستوى التطبيق المحلي لا يزال كبيرًا جدًا مقارنة به، من ناحية، بسبب محدودية الطاقة الإنتاجية من ناحية أخرى، فإن المواد الخام مثل راتينج PPS تخضع لتكنولوجيا تطبيق المواد المركبة PPS المقواة بألياف الكربون. يتضمن ذلك القدرة على تحضير المواد المركبة والقدرة على تطوير المنتجات المركبة. محليًا، تم تطبيق ورقة توصيل كبريتيد البولي فينيلين المقوى بألياف الكربون المحلية (CF/PPS) بنجاح على الطائرات بدون طيار. هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها استخدام مركب اللدائن الحرارية المحلي كجزء هيكلي محمل للطائرات بدون طيار، وهي محاولة واستكشاف جديد لتعزيز تطبيق مركب اللدائن الحرارية في مجال الطائرات بدون طيار.

(الرابط: PPS-LCF )

2. PI من ألياف الكربون

في المواد المركبة PI المقواة بألياف الكربون، تكون ألياف الكربون هي الالتعزيز والهيكل الحامل الرئيسي، في حين تلعب مصفوفة الراتينج بشكل أساسي دور توصيل الألياف ونقل الحمل، والتي يمكنها نقل وتحمل إجهاد القص، وتحمل حمل الشد والضغط المتعامد مع الألياف، وحماية الألياف من التلف.

عندما تتعرض المادة المركبة لقوة خارجية، فإن ألياف الكربون وراتنج المصفوفة ككل، بحيث يكون إجهاد ألياف الكربون وراتنج المصفوفة متساويًا، ولكن لأن معامل المرونة لألياف الكربون أكبر بكثير من معامل مرونة ألياف الكربون راتنجات المصفوفة، عندما تكون ألياف الكربون وراتنجات المصفوفة في نفس السلالة، فإن ضغط ألياف الكربون سيكون أكبر بكثير من راتنجات المصفوفة. ولذلك، فإن ألياف الكربون تحمل معظم حمل الضغط المطبق على المركب.

ومع ذلك، فإن سطح ألياف الكربون أملس وخامل، ومساحة السطح المحددة صغيرة، وحافة ذرات الكربون النشطة، والطاقة السطحية منخفضة، وتسلل مصفوفة PI والتصاق الواجهة على مرحلتين ضعيف، وسهل الاستخدام. تشكل فجوات وعيوبًا على الواجهة، وتكون قوة قص الطبقة البينية منخفضة، مما يؤدي إلى انخفاض قوة ربط الواجهة. ولذلك، فإن خصائص مركب PI المقوى بألياف الكربون لا تعتمد فقط على خصائص كل من ألياف الكربون وPI، ولكنها ترتبط أيضًا ارتباطًا وثيقًا بخصائص ربط الواجهة بينهما.

3.
النايلون PA المقوى بألياف الكربون (PA) باعتباره مادة بلاستيكية هندسية لدنة بالحرارة شائعة، وله أكثر من نصف قرن من التطوير، وهو الأكثر استخدامًا في هندسة البلاستيك، وقد لعبت منتجاته دورًا مهمًا في صناعة السيارات والآلات والبتروكيماويات، النسيج والنقل والبناء والإلكترونيات والمعادن وغيرها من المجالات الصناعية.

يتمتع النايلون (PA) نفسه بأداء ممتاز، ولكن لديه أيضًا عيوب معينة، مثل امتصاص الرطوبة الكبير، وضعف ثبات أبعاد المنتجات، والقوة والصلابة كمعدن، وما إلى ذلك، إلى حد ما، مما يؤثر على قيمة تطبيقه. وللتغلب على هذه العيوب يمكن الاستعانة بالتسليح المستمر بألياف الكربون لتحسين أدائه.

النايلون المقوى بألياف الكربون، تعكس هذه المادة المركبة بشكل كامل مزايا أداء التعزيز والمصفوفة، وقد تم تحسين القوة والصلابة بشكل كبير من النايلون غير المقوى، وتزداد قوة الشد لراتنج PA66 النقي بمقدار عشر مرات. في بيئة درجة الحرارة العالية، هذه المادة المركبة لديها زحف أصغر، ثبات جيد للأبعاد ومقاومة أفضل للتآكل.

(الرابط: PA6-LCF)

4. كانت المادة المركبة من ألياف الكربون المعززة ببولي إيثر إيثر كيتون (PEEK)
PEEK، باعتبارها بوليمر ناشئ، في مرحلة البحث والتطوير المختبري في الصين حتى عام 2002، عندما يمكن إنتاج الشركات المحلية بكميات كبيرة. في السنوات الأخيرة، زاد عدد إنتاج PEEK المحلي بشكل مطرد، ووصلت جودة المنتج إلى المعايير الدولية، مما يوفر دعمًا قويًا لتطوير مركبات PEEK المعززة بالألياف.

مركب PEEK المقوى بألياف الكربون هو نوع من المواد المركبة مع البلاستيك الهندسي الخاص بولي إيثر إيثر كيتون (PEEK) كمصفوفة راتينج الطور المستمر وألياف الكربون (CF) كتعزيز طور مشتت. في الوقت الحاضر، يتم استخدام مركبات اللدائن الحرارية المعززة بألياف الكربون في الغالب في مجالات الطيران والأقمار الصناعية والمجالات العسكرية وغيرها.

(الرابط:نظرة خاطفة-LCF)

5. المواد المركبة CF/PEI
PEI هي نوع من البوليمر غير المتبلور عالي الأداء مع خصائص ميكانيكية ممتازة، عزل كهربائي، مقاومة للإشعاع، مقاومة درجات الحرارة العالية والمنخفضة ومقاومة التآكل. تتميز مركبات CF/PEI ذات اتجاهات CF المختلفة بخصائص احتكاك مختلفة ومعامل شد ومتانة وإجهاد. من خلال عملية التعديل، يمكن تحسين الواجهة بين مصفوفة CF وPEI، بحيث يتم تقليل عدد الألياف المسحوبة عند كسر المادة بشكل كبير، كما يتم تقليل قوة الشد وقوة الخضوع ومعامل المرونة ومعامل المرونة لـ CF/PEI تم تحسين المركب.

في الوقت الحاضر، تظهر المركبات البلاستيكية الحرارية نضجًا ملحوظًا وابتكارًا في الحالة التقنية. وقد تم استخدام هذه المواد على نطاق واسع في العديد من الصناعات بسبب خصائصها الفريدة مثل الوزن الخفيف والقوة العالية وقابلية إعادة التدوير ومرونة المعالجة. بدأت الدول الأجنبية في استخدامه على نطاق واسع. مزودو المواد ممثلين بـ TenCate، وVictrex، وما إلى ذلك، ومقدمو معدات التشغيل الآلي ممثلين بـ Automated Dynamics، ووحدات أبحاث التصنيع الممثلة بـ KVE، وTPRC، وFOKKER، وما إلى ذلك. وقد تطورت مؤسسات تطبيقات الطيران التي تمثلها Airbus وBoeing بشكل منهجي وأصبحت تقنياتها متزايدة. ممتاز.


وفي الوقت نفسه، يظهر الاتجاه الحالي أن المركبات البلاستيكية الحرارية تتطور في اتجاه أداء أفضل وتكلفة أقل وحماية أكبر للبيئة. تلعب هذه المواد دورًا متزايد الأهمية، خاصة في مجالات الطيران وتصنيع السيارات والبناء والإلكترونيات.