Аппретирование волокна часто упускается из виду производителями композиционных материалов, но это крайне важный этап для оптимизации характеристик волокна.
При производстве композиционных материалов аппретирование волокна часто упускается из виду, поскольку производители волокна, как правило, используют строго контролируемый химический состав. Кроме того, аппрет – это материал, особенно заметный, когда в его отсутствии возникают проблемы с обработкой и применением.
Однако по мере развития технологий в сфере смол и волокон весьма вероятно, что аппретирование займет более прочные позиции в индустрии композиционных материалов. Доктор Нагеш Потлури, директор по групповым технологиям и специалист по аппретированию в компании Michelman (Цинциннати, штат Огайо, США), утверждает, что не следует недооценивать химические и физические сложности, связанные с аппретированием.
Аппретированное и неаппретированное волокно. На микроснимке слева представлено аппретированное волокно с хорошей инкапсуляцией. На микроснимке справа представлено неаппретированное волокно с недостаточной инкапсуляцией. Источник: компания Michelman.
Компания Michelman выполняет аппретирование, оптимизированное для использования полипропилена, полиамида, поликарбоната, полиуретана и эпоксидных полимеров. Непрерывные волокна, Аппретирование волокна часто упускается из виду производителями композиционных материалов, но это крайне важный этап для оптимизации характеристик волокна, применяемые с высококачественными термопластами, например, полиэфиркетонкетон, полиарилэфиркетон и полиэфирэфиркетон, обычно не аппретируются, главным образом, потому, что высокие температуры затрудняют этот процесс. Однако компания Michelman работает над технологиями, которые позволят выполнять аппретирование термопластов.
Эта работа привела к другой, смежной области интересов: плющение волокна.
Потлури говорит, что при изготовлении однонаправленных лент жгуты из углеродного волокна сначала необходимо расплющить, чтобы разгладить и выровнять волокна. Обычно углеродные жгуты, состоящие из 3-12 тысяч нитей, относительно легко расплющиваются, в то время как плющение более крупных жгутов вызывает трудности, главным образом, из-за трения между волокнами.
Потлури утверждает, что хорошо разглаженный жгут обеспечивает более равномерное распределение аппрета, что, в свою очередь, улучшает адгезию между волокном и смолой.
“Самое слабое звено в композитах – это взаимодействие волокна и матрицы”, – говорит Потлури. “Вот почему предпочтительнее композиты с большой объемной долей волокна. По этой причине необходимо, чтобы матрица пропитывала промежуточное пространство между волокнами и максимально усиливала их механические свойства. Это достигается эффективным плющением”.
В стандартной углеродной ткани не все волокна взаимодействуют (инкапсулируются) со смолой матрицы. Компания Michelman разрабатывает новые аппретирующие составы и процессы аппретирования, чтобы минимизировать трение между волокнами, облегчить плющение и улучшить взаимодействие между волокном и матрицей. “Если мы сделаем это, – говорит Потлури, – то, по сути, сможем достигнуть максимально возможных эксплуатационных характеристик волокна в композиционных материалах”.
