Nakon decenija razvoja, napredni kompozitni materijal visokih performansi, karbonska vlakna, postala je jedno od poželjnih materijalnih rješenja za nadogradnju svemirskog, željezničkog transporta, inteligentnih mašina, vrhunske medicinske opreme i raznih civilnih proizvoda. Kompozitni materijali od karbonskih vlakana imaju prednosti u performansama kao što su mala težina, visoka čvrstoća, nisko puzanje, otpornost na koroziju i otpornost na zamor. Međutim, pri zadovoljavanju posebnih potreba i dalje postoje određeni problemi ili nedostaci. Kako efikasno poboljšati ove probleme i poboljšati vrijednost primjene kompozitnih materijala od karbonskih vlakana je pitanje koje treba istražiti u ovom članku.
1. Kaljenje
Kompozitni materijali ojačani karbonskim vlaknima imaju visoku čvrstoću i dobre performanse, ali poseban proces oblikovanja kompozitnih materijala može imati negativan utjecaj na njihovu otpornost na udar, žilavost loma i čvrstoću na raslojavanje. Kompozitni materijali od karbonskih vlakana će formirati različite mehanizme kvara pod mehaničkim opterećenjima. Kada oslobođena energija deformacije premašuje energiju potrebnu za stvaranje nove površine ili stvaranje plastične deformacije u blizini vrha prsline, mogu nastati ozbiljne posljedice tijekom ovih faza širenja pukotine.
Dodavanje sredstava za učvršćivanje smolama je konvencionalna metoda za rješavanje krtosti i lakog nastanka malih pukotina u materijalima od karbonskih vlakana. Međutim, čestice koje povećavaju žilavost općenito imaju slabu disperziju i često formiraju područja visoke i niske gustine čestica, što može smanjiti ukupne performanse kompozitnih materijala. Trenutno, razvijene zemlje poput Evrope i Amerike počinju da postavljaju membrane od nanovlakna između slojeva preprega. Ove membrane ne povećavaju debljinu i težinu preprega, ali mogu djelovati kao materijali za ojačanje nanorazmjera za lomljivu smolnu matricu u međuslojnom području, formirajući na kraju čvršću smolu (koja se može koristiti zajedno s drugim sistemima za kaljenje). Ovo rješenje je korisno za poboljšanje svojstava kompozitnih materijala od karbonskih vlakana protiv raslojavanja, tolerancije oštećenja i zamora, smanjujući pojavu malih pukotina pod pritiskom ili udarom.
2. Termoplastika
Trenutno se u Kini najčešće koriste kompozitni materijali od karbonskih vlakana i dalje uglavnom na bazi epoksidne smole. Ovaj termoreaktivni kompozitni materijal od karbonskih vlakana može zadovoljiti opšte industrijske ili civilne potrebe, ali za neke komponente sa izuzetno visokim zahtevima za performanse, još uvek postoji određeni jaz u otpornosti na visoke temperature i otpornosti na habanje kompozitnih materijala od ugljeničnih vlakana na bazi epoksida. Iz tog razloga, mnoge kompanije u industriji karbonskih vlakana aktivno traže rješenja.
Za sisteme kompozitnih materijala od karbonskih vlakana, ne samo da je teško postići i visoku čvrstoću i otpornost na visoke temperature, već će i prednosti performansi kao što je otpornost na habanje biti međusobno ograničene. Glavni razlog zašto kompozitni materijali od karbonskih vlakana nisu otporni na visoke temperature je materijal matrice. U prošlosti se toplinska otpornost kompozitnih materijala obično poboljšavala dodavanjem bismaleimida i drugih metoda, ali konačni rezultati performansi još uvijek nisu bili baš idealni. Trenutno, lokalizacija jednosmjernog preprega kao što je kontinuirani PPS/PES/PA6/PEEK može zamijeniti termoreaktivne materijale od karbonskih vlakana u posebnim ili vrhunskim komponentama, što može poboljšati sveobuhvatne prednosti materijala od karbonskih vlakana kao što su visoka čvrstoća, otpornost na visoke temperature, dobra otpornost na habanje, otpornost na koroziju i visok faktor sigurnosti. Postao je jedno od preferiranih rješenja za kompozitne materijale od karbonskih vlakana koji nisu otporni na visoke temperature i habanje.