Komposiittimateriaalissa lasikuidun suorituskyky keskeisenä lujitekomponenttina riippuu pitkälti kuidun ja matriisin välisestä rajapintasidoksesta. Tämän rajapintasidoksen lujuus määrää jännityksensiirtokyvyn lasikuidun ollessa kuormitettuna sekä lasikuidun vakauden, kun sen lujuus on korkea. Yleensä lasikuidun ja matriisimateriaalin välinen rajapintasidos on hyvin heikko, mikä rajoittaa lasikuidun käyttöä korkean suorituskyvyn komposiittimateriaaleissa. Siksi liima-ainepäällystysprosessin käyttö rajapintarakenteen optimoimiseksi ja rajapintasidoksen vahvistamiseksi on keskeinen menetelmä lasikuitukomposiittien suorituskyvyn parantamiseksi.
Liima-aine muodostaa molekyylikerroksen pinnallelasikuitu, mikä voi tehokkaasti vähentää rajapintajännitystä, tehden lasikuitupinnasta hydrofiilisemmän tai oleofiilisemmän ja parantaen yhteensopivuutta matriisin kanssa. Esimerkiksi kemiallisesti aktiivisia ryhmiä sisältävän liima-aineen käyttö voi luoda kemiallisia sidoksia lasikuitupinnan kanssa, mikä parantaa entisestään rajapinnan sidoslujuutta.
Tutkimukset ovat osoittaneet, että nanotason liima-aineet voivat päällystää lasikuidun pinnan tasaisemmin ja vahvistaa kuidun ja matriisin välistä mekaanista ja kemiallista sidosta, mikä parantaa tehokkaasti kuidun mekaanisia ominaisuuksia. Samalla sopiva liima-ainekoostumus voi säätää kuidun pintaenergiaa ja muuttaa lasikuidun kostuvuutta, mikä johtaa vahvaan rajapinta-adheesioon kuidun ja eri matriisimateriaalien välillä.
Erilaisilla pinnoitusprosesseilla on myös merkittävä vaikutus rajapinnan sidoslujuuden parantamiseen. Esimerkiksi plasma-avusteisessa pinnoituksessa voidaan käyttää ionisoitua kaasua käsittelyynlasikuitupintaa, poistaen orgaanista ainesta ja epäpuhtauksia, lisäämällä pinta-aktiivisuutta ja siten parantaen liima-aineen sitoutumista kuidun pintaan.
Myös itse matriisimateriaalilla on ratkaiseva rooli rajapinnan sitoutumisessa. Uusien matriisiformulaatioiden kehittäminen, joilla on vahvempi kemiallinen affiniteetti käsiteltyihin lasikuituihin, voi johtaa merkittäviin parannuksiin. Esimerkiksi matriisit, joilla on korkea reaktiivisten ryhmien pitoisuus, voivat muodostaa vahvempia kovalenttisia sidoksia kuidun pinnalla olevan liima-aineen kanssa. Lisäksi matriisimateriaalin viskositeetin ja virtausominaisuuksien muokkaaminen voi varmistaa kuitukimpun paremman kyllästämisen, mikä minimoi rajapinnan tyhjät kohdat ja viat, jotka ovat yleinen heikkouden lähde.
Itse valmistusprosessia voidaan optimoida rajapintojen sidoksen parantamiseksi. Tekniikoita, kutentyhjiöinfuusiotaihartsisiirtomuovaus (RTM)voi varmistaa tasaisemman ja täydellisemmän kostutuksenlasikuidutmatriisin avulla, mikä poistaa ilmataskut, jotka voivat heikentää sidosta. Lisäksi ulkoisen paineen kohdistaminen tai kontrolloitujen lämpötilasyklien käyttäminen kovettumisen aikana voi edistää tiiviimpää kosketusta kuidun ja matriisin välillä, mikä johtaa korkeampaan silloittumisasteeseen ja vahvempaan rajapintaan.
Lasikuitukomposiittien rajapinnan sidoslujuuden parantaminen on kriittinen tutkimusalue, jolla on merkittäviä käytännön sovelluksia. Vaikka liima-aineiden ja erilaisten pinnoitusprosessien käyttö on tämän työn kulmakivi, on olemassa useita muita tapoja parantaa suorituskykyä entisestään.
Julkaisun aika: 04.09.2025
