הצטברות היד נותרה אחת הטכניקות הנפוצות ביותר לייצור סיבים המכילים פולימרים, אשר זכו לכיסוי הנמוך שלה עלות כלי ויכולת לבנות צורות גדולות, מורכבות מבחינה היסטורית, אחד האתגרים המתמשכים עם ריבאונדים של יד מונחה - באופן חד פשטני תעשיות, שיפורי ויניברסאלי, ללא גירוי סביבתי, וגמישות מוגברת של פעילות גופנית, ללא מגבלות גבוהות יותר של פעילות גופנית.

התפתחות של יד לייפ ריבינים: מבריטל ועד ל-Tough

שרידים מוקדמים נבחרו בעיקר להקלה של שימוש, סטיות נמוכות, וריפוי מהיר בטמפרטורת החדר. ריוס פוליסטר נשלט כי הם זולים ויכולים להיות מדבק עם methyl אתyl ketone peroxide (MEKP), עם זאת, צפיפות הצלב שלהם הוא גבוה, יצירת רשת נוקשה אך מערערערת.

אפריקס ריזינס, הידוע בפרופיל גבוה ותכונות מכניות, הפך פופולרי עבור ערכת יד ביצועים גבוהה.אבל טרשת נפוצה bisphenol A (BPA) epoxies יכול להיות נוקשה מדי עבור טעינה דינמי.השינוי לעבר ניסוחים קשיחים יותר החל בשנות ה-90 עם הצגת epoxies מחוספסים גומי ומערכות מבוזרות כיום,3% כימאים מחדש יכולים להשיג שיפור דרמטי של 2a ארוך יותר של שיפור טבעי של 2.

הכוח המניע מאחורי האבולוציה הזו הוא ההבנה כי גמישות והתנגדות להשפעה אינם רק תוספות רצויות; הם קריטיים לבטיחות ולארוכות בחלקים מורכבים שצריכים לסבול אירועים, עומסי אופניים וחשיפה סביבתית.הסעיפים הבאים פרטים את כימאים ספציפיים, תוספים ותהליכים שהופכים את אלה לשיפורים אפשריים.

התקדמות בכימיה של Resin

מונומרים גמישים ואוליגומרים

ברמה המולקולרית, עמוד השדרה של השרף קובע את התגובה המכנית שלו. רסטין נוקשה מסורתי להסתמך על טבעות ארומטיות או רשתות אלphatic קצרות המגבילות את התנועה פלחאלית.על ידי שילוב ארוך יותר, מונומרים גמישים - כגון גליקולים ליניאריים אלphatic, רשתות פוליתther, או דיולים המבוססים על דימר - כי הם יכולים להפחית את צפיפות הצלב ולהציג עיגולים ולהוביל אותם ל"כפכפים"מחדש"כטרים"ל"ל.

עבור מערכות epoxy, oligomers גמיש כוללים פוליפרופילן גליגליל diglycidyl ether (PPG-DGE) או butanediol diglycidyl ether. כאשר מעורבב עם תקן BPA epoxy, אלה מודולים להוריד את טמפרטורת המעבר זכוכית (Tg) קצת, אבל להגדיל משמעותית את המעבר ונוקשות.

תוספות אסטנומריות וגומי תגובתי

אסטרטגיה יעילה במיוחד היא תוספת של elastomers תגובתי, כגון carboxyl-termin ancrylonitrile (CTBN) גומי אלה חלקיקים מגומי מומס לתוך השרף לפני לרפא. במהלך פולימריזציה, שלב גומי מפריד חלקיקים בסדר (ply 0.1-5 μm) שפועל כמו concentrators. כאשר השפעה זו מתרחשת חלקיקים פלסטיים וניקוי אנרגיה בוטה.

ניסוחים מודרניים משתמשים חלקיקים גומי הליבה (CSR) כי הם pre-formed ויש להם ליבה גומי (למשל, פוליאבלדין) מוקף מעטפת זכוכית (למשל, PMMA) אשר תואם את רזין. חלקיקים אלה קלים יותר לפזר ולא דורשים שלב במהלך הריפוי, נותן יותר קשיחות עקבית.

שינוי ה-rmoplastic

גישה נוספת היא לפזר thermoplastic בעל ביצועים גבוהים, כגון פוליתרסלון (PES) או פוליפנוילן ether (PPO), לתוך השרף.תרמופלסט מהווה רשת חצי-interpenetrating (IPN) או בשלב-separates לתוך תחומים מיקרו-קוניים.תחומים אלה מספקים סדקים בדרך כלל וסדקים גדלים, שיפור ההשפעה משמעותית של מערכות חניכיים בשימוש עכשיו עבור שמירה נמוכה.

התפקיד של תוספות מתקדמות ומלאי

חלקיקים ומיקרוסקופים אנדרומפלסט

מעבר לגומי תגובתי, ניתן להוסיף חלקיקי גומי pre-dispersed ישירות ל-Resin. חלקיקים אלה פועלים כספיגה אנרגיה. בדומה, מיקרוספירות תרמופלסטיות (למשל, Expancel) להפחית את צפיפות ולשפר את ההתנגדות השפעה על ידי יצירת מבנה תא המחץ תחת עומס.

ננופלר: A Quantum Leap in Toughness

ננומטריים מושכים עניין אינטנסיבי כי הם יכולים לשפר באופן דרמטי את הקשידות ברמות טעינה נמוכות מאוד (1-5 wt%) פחמן nanotubes (CNTs), גרפן ננופליות, וננוקליות לספק אזורי משטח עצומים עבור העברה מתח. כאשר טוב-מעור, הם יוצרים רשת שמפרקת סדקים ומקדמת microc-cracks, disips אנרגיה ננו-מדומים.

מחקרים אחרונים הראו כי 2 יט% טעינה של ננו-פח פחמן רב-תכליתי ב-epoxy מגביר את קצב שחרור האנרגיה הקריטי של לחץ אנרגיה (GIRFLT:0ICIRFLT:1) על ידי יותר מ -200%.האתגר המרכזי נותר להשיג פיזור אחיד ללא הגדלת שרף ללא עלייה מופרזת עבור היד.

מערכות מילוי היברידיות

שילוב מיקרו חלקיקים וננו-fillers יכול לייצר אפקטים סינרגיים.לדוגמה, היברידית של מיקרו חלקיקים גומי ו- silica ננו-חלקיקים הוכח כדי לשפר במקביל את הנוקשות והנוקשות. חלקיקי הגומי מטפלים בקליטת אנרגיה במיקרו-מידה, בעוד שה-Samlica nanoparticles משפרים את הלחץ של מטריקס.

אופטימיזציה לעיבוד ביצועים מקסימליים

מחזורי Curing

התכונות המכאניות של שרף יד אינן רק פונקציה של הכימיה שלה; מחזור הריפוי משפיע עמוקות על המאפיינים הסופיים.אי-דיוקן מרפא יכול לעזוב קבוצות לא מנוסחות שפועלות כמזהמים מתחים. תרופה מהירה מדי באופן מוגזם יכולה לייצר לחצים פנימיים.תרגול יד מודרנית נוטה לעתים קרובות להשתמש בשני שלבים מרפא: דלת-טמפרטורה נמוכה לאחר תקופה גבוהה, מאפשר שיפור אינטנסיבי של חום וחום, וחום גבוה יותר, מאפשר שיפור עמידות גבוהה יותר, וחום.

Vacuum Bagging וקונסולה

שקיות Vacuum הוא עכשיו סטנדרטית בשקע יד באיכות גבוהה. על ידי ציור ואקום על ההלמיד, חללי אוויר הוסרו, ואת הנפח הסיבים גדל. voids הם אתרי הרדמה עבור נזק; הפחתת אותם מ 5% עד מתחת 1% יכול להכפיל את ההשפעה ספיגה אנרגיה.יתר על כן, לחץ ריק מכריח את האנרגט לתוך מגע אינטימי עם סיבים, שיפור רטוב ולהפחית את עובי של אזורים רכילה שיכולה.

שיטות דיספרסציה ל Additives

עבור תוספים כמו חלקיקים או חלקיקים גומי, פיזור נכון הוא קריטי.לבדיקות אולטרה סאונד, שילוב גבוה של כיר, ושלושה מ"ל משמשים כדי לשבור agglomerates. כמה יצרנים עכשיו לספק מאסטרבטים - תוספים מראש-dispersed ריכוזים כי יכול להיות מעורב לתוך הבסיס resin באתר.

מפרשים (Prepregs)

Prepregs משלב סיבים עם רסן מעוקל חלקית (B-שלב) עבור הניחוש היד, "התחילו מראש" ניתן לאחסן תחת קירור ולאחר מכן הניחו ונרפא תחת ריק.מערכות אלה מבטלות רסין / hardener ערבוב variability ולהבטיח התפלגות רימפלקסים אחידים שנועדו במיוחד עבור היד משלבת כימאי חזק, המציעה השפעה משופרת ללא יכולת הקרבה.

שיקולים סביבתיים וקיימות

Reducing Volatile אורגני Compounds (VOCs)

רטיסטר מסורתי ו vinyl ester resins מכילים רמות גבוהות של סטיילרן, זיהום אוויר מסוכן. Newer נמוך-סטיילרן ונוסחאות ללא סטיילרן מפותחות.לדוגמה, חזרות פוליסטרים בלתי רוויות המבוססים על רגולציה dicyclopentadiene (DCPD) יש פליטות נמוכות יותר VOC.oxy פולטים באופן טבעי נמוך, אך הם מאפשרים להחליף כמה פרוצדורות סביבתיות פחות חמורות.

⁇

התקדמות משמעותית נעשתה החלפת מונומרים פטרוכימיים עם חלופות מתחדשות.Efoxy resins נגזר שמן סויה epoxidized סויה סויה (ESO) או קרדינול (מפגזי אגוזי מזומנים) זמינים מסחרית. אלה ביו-res יכול להיות פורמולה יש גמישות רבה והשפעה מפני שרשתות חומצות שומן מספקות גמישות.

(הופנה מהדף Polyester resins from bio-sourced Itaconic acid and Furan נגזרות הם גם למד.האתגר הוא להתאים את התכונות התרמיות של עמיתיהם הנפט, אך הנוסחאות האחרונות סוגרות את הפער. A 2023 מחקר שפורסם ב-FLT:0Composites Part B: EngineeringFLT:1FLT:2(link)FLT3 הראה כי השפעה ביולוגית מבוססת לחלוטין על ידי פוליסטר.

Recyclability and End-of-Life

רסטין גמיש והשפעה עמיד בפני אתגרים אלה עבור מחזור כי הם thermosets. עם זאת, מחקר צופה קדימה הוא לפתח "reprocessable" או "vitrimer" resins כי ניתן לתקן. היכרות עם אג"ח דינמי covalent (למשל, טרנססטרציה או החלפת disulfide) מאפשר את הרשת להיות בצורת או לרפא את זה עדיין מוקדם עבור שלב זה, כדי להניח חומרים מורכבים באופן דרסטי.

דרישות גמישות והתנגדות

אוויר והגנת

לוחות פנימיים מטוסים, radomes, וחוד המובילים דורשים חומרים שיכולים לעמוד בשבית ציפורים, ברד, והתנגשויות קלות. ed יד מותש resins משמשים תיקונים בשטח, וכדי לזרז צורות מורכבות.ה-FAA's FLT:0Composite מטוס StructureFLT:1 מייעצת מעגלית (AC 20B) מדגישה את ההשפעה של עמידות.

רכב ורכבי משקל קלים

כלי רכב חשמליים זקוקים ללוחות גוף קלים, מחסני סוללות, ורכיבים מבניים שיכולים לספוג אנרגיה לתאונה. Hand שכבו עם ריבים קשים נפוצים לייצור נמוך של גופי ספורט ולאחר מכן חלקי שוק.לדוגמה, פאנל רציף של סיבים זכוכית מעוצב עם גומי-toughated epoxy יכול לעמוד בפני השפעה 50 J ללא חדירה מלאה, בעוד פאנל פוליסטר סטנדרטי יהיה לנפץ.

ציוד ספורט

Helmets, סקי, כריות שלג, ו מקלות הוקי מסתמכים על מבולדים מורכבים כי הם גם נוקשים לביצועים ועמידות מחדש של בטיחות. Hand מניחה כיחות מותאמות אישית ושילוב.התנגדות השפעה היא רבת-חשיבות; ניסוחים מודרניים יכולים להפחית את הסיכון של סדקים ממטריקס שמובילים לדיכאון וכישלון מוקדם.

הנחתים והתשתית

סירות hulls, קיאקים, ואת להבים טורבינות רוח חשופים טעינה גל חוזר ו debris השפעה ליהנות מחזרים גמישים שיכולים לעבור עיוותים גדולים ללא נזק קבוע.In תשתיות, רטרולוגיה סיסמית של עמודות באמצעות עטיפה דרישות מורכבות resins כי יכול למתוח עם תת-התחול במהלך רעידת אדמה.

שיטות בדיקה ואפיון

פורמולטורים מסתמכים על סוללה של בדיקות סטנדרטיות כדי לכמת גמישות והתנגדות להשפעה:

  • (FLT:0)Flexural Modulus ו-flexural PowerFLT:1 (ASTM D790) מצביע על קשיחות ועל יכולת ספוגה מתחת לפנים.
  • (FLT:0) לא היה מחוספס או צ'רפי השפעה LT:1 (ASTM D256) אמצעים אנרגיה נספגים במהלך שבר במהירות גבוהה.
  • (FLT:0)Drop Weightve EffectFLT:1 (ASTM D7136) הוא נציג יותר של אירועי השפעה בעולם האמיתי; הוא מתעד כוח לעומת הזמן ומחשב אנרגיה לנזק ראשוני ואנרגיה כוללת.
  • (ב) [ה]] [ה]] [ה]]], [ה'], [ה']'[2]]'[32], [ב]]], [ה']'[32]], [ה']'[32], [ה']
  • ניתוח מכני מכני של דינאמי (DMA)BuildFLT:1 מספק את טמפרטורת מעבר הזכוכית ולחות, אשר תואם את התנהגות ההשפעה.

בדיקות אלה מכוונות את הפיתוח של פורמולות חדשות.לדוגמה, מערכת חלקיקים של epoxy עשויה להראות עלייה של 300% ב GFLT:0ICFLT:1 תוך שמירה על 90% של המודולו הגמישות שלה.

כיוונים עתידיים

המונחים: ourcomposite Frontiers

(המחקר המתמשך חוקר אפילו חלקיקים מתוחכמים יותר, כולל ננוקריסטלים של תאים (CNC), MXenes, ו-Bron nitride ננוtubes.המטרה היא ליצור רסיטים רב-תפקודיים שאינם רק קשוחים יותר אלא גם מוליכים חשמלית או יציבה תרמית.

הכחשה עצמית וחיזוק

דמיינו ששרף שיכול לתקן מיקרו-קפצ'ר באופן אוטונומי.מערכות המשלבות מיקרו-capsules של סוכני ריפוי (למשל, dicyclopentadiene monomer עם זרז Grubb) יכול לשחזר עד 80% של קשיחות לאחר נזק.בעוד עדיין ברובו במעבדה, אלה רכילים חכמים יכולים לחולל מהפכה בארוכותם של חלקי יד מורכבים.

Bio-Inspired Toughing

הטבע מספק טביעות אצבע עבור קשיחות: nacre (אמא של פנינה) משיגה את קשיחות השבר יוצאת הדופן שלה באמצעות מבנה לבנים היררכי-ומרטר.חוקרים משכפלים זאת על ידי שכבת פולימרים גמישים עם כריות קשיחות. Hand שכב, עם היכולת לשלוט בשכבה, הוא תהליך אידיאלי עבור מסובבים ביולוגיים כאלה.

מסקנה

חידושים בנוסחאות הדגמה יד המתוארות כאן מייצגים שינוי צעד במה שניתן עם עובש פתוח.על ידי שינוי עמוד השדרה של שרף, שילוב של תחומים elastomeric או thermoplastic, והוספת מילויים במיקרו וננו בקנה מידה, יצרנים יכולים עכשיו להשיג גמישות חסרת תקדים והשפעה ללא הקרבה של חומרים סביבתיים, הם מטופלים באמצעות טכנולוגיות איטיות, אשר דורשות שיפור עצמי מתמשך, כגון תהליכים גמישים, כגון שיפור עצמי, כגון, ללא יכולת עיבוד איטי, כגון, ואפקטיביות גבוהה.

לקריאה נוספת על הכימיה של epoxies קשיחות, ראה את הביקורת המקיפה של ה-FLT:0Sprenger (2020) ב-FLT:1Journal of Applied Science EvolutionFLT:2,100:3 Information on Sustainable Resinהתפתחויות ניתן למצוא באתר FLT:4Compositesworld FLT:5:5