Po desetiletích vývoje se vysoce výkonný pokročilý kompozitní materiál z uhlíkových vláken stal jedním z preferovaných materiálových řešení pro modernizaci letectví, železniční dopravy, inteligentních strojů, špičkového lékařského vybavení a různých civilních produktů. Kompozitní materiály z uhlíkových vláken mají výkonnostní výhody, jako je nízká hmotnost, vysoká pevnost, nízké tečení, odolnost proti korozi a odolnost proti únavě. Při plnění speciálních potřeb však stále existují určité problémy nebo vady. Jak efektivně zlepšit tyto problémy a zvýšit aplikační hodnotu kompozitních materiálů z uhlíkových vláken je problém, který je třeba prozkoumat v tomto článku.
1. Ztužení
Kompozitní materiály vyztužené uhlíkovými vlákny mají vysokou pevnost a dobrý výkon, ale speciální proces lisování kompozitních materiálů může mít negativní dopad na jejich odolnost proti nárazu, lomovou houževnatost a pevnost delaminace. Kompozitní materiály z uhlíkových vláken budou při mechanickém zatížení tvořit různé mechanismy porušení. Jakmile uvolněná deformační energie překročí energii potřebnou k vytvoření nové povrchové plochy nebo vytvoření plastické deformace v blízkosti špičky trhliny, mohou během těchto fází šíření trhliny nastat vážné následky.
Přidávání zpevňovacích činidel do pryskyřic je konvenční metoda, jak vyřešit křehkost a snadný výskyt malých trhlin v materiálech z uhlíkových vláken. Nicméně částice zvyšující houževnatost mají obecně špatnou disperzi a často tvoří oblasti s vysokou a nízkou hustotou částic, což může snížit celkový výkon kompozitních materiálů. V současné době začínají rozvinuté země jako Evropa a Amerika pokládat nanovlákenné membrány mezi vrstvy prepregu. Tyto membrány nezvyšují tloušťku a hmotnost předimpregnovaného laminátu, ale mohou působit jako nanorozměrové vyztužující materiály pro křehkou pryskyřičnou matrici v oblasti mezivrstvy, čímž nakonec vytvoří tužší pryskyřici (kterou lze použít společně s jinými zpevňujícími systémy). Toto řešení je výhodné pro zlepšení antidelaminace, tolerance poškození a antiúnavových vlastností kompozitních materiálů z uhlíkových vláken, čímž se snižuje výskyt malých trhlin pod tlakem nebo nárazem.
2. Termoplast
V současnosti jsou nejrozšířenější kompozitní materiály z uhlíkových vláken v Číně stále založeny hlavně na epoxidové pryskyřici. Tento termosetový kompozitní materiál z uhlíkových vláken může splňovat obecné průmyslové nebo civilní potřeby, ale u některých komponent s extrémně vysokými požadavky na výkon stále existuje určitá mezera v odolnosti proti vysokým teplotám a odolnosti proti opotřebení kompozitních materiálů na bázi uhlíkových vláken na epoxidové bázi. Z tohoto důvodu mnoho společností v průmyslu uhlíkových vláken aktivně hledá řešení.
Pro systémy kompozitních materiálů z uhlíkových vláken je nejen obtížné dosáhnout vysoké pevnosti a odolnosti vůči vysokým teplotám, ale také výkonnostní výhody, jako je odolnost proti opotřebení, budou vzájemně omezeny. Hlavním důvodem, proč kompozitní materiály z uhlíkových vláken nejsou odolné vůči vysokým teplotám, je materiál matrice. V minulosti se tepelná odolnost kompozitních materiálů obvykle zlepšovala přidáním bismaleimidu a dalšími metodami, ale konečné výsledky výkonu stále nebyly příliš ideální. V současné době může lokalizace jednosměrného prepregu, jako je PPS/PES/PA6/PEEK vyztužený kontinuálním uhlíkovým vláknem, nahradit termosetové materiály z uhlíkových vláken ve speciálních nebo špičkových součástech, které mohou zlepšit komplexní výhody materiálů z uhlíkových vláken, jako je vysoká pevnost, vysoká teplotní odolnost, dobrá odolnost proti opotřebení, odolnost proti korozi a vysoký bezpečnostní faktor. Stal se jedním z preferovaných řešení pro kompozitní materiály z uhlíkových vláken, které nejsou odolné vůči vysokým teplotám a opotřebení.