Jak zlepšit tepelnou odolnost plastových FRP?

Zlepšování tepelné odolnosti plastových FRP

Mezi mnoha lehkými a vysoce pevnými flexibilními kompozity na bázi plastových FRP, které vznikly v posledních letech, zůstává omezená tepelná odolnost překážkou pro použití za vyšších teplot. Zlepšení tepelné odolnosti vyžaduje optimalizaci materiálů, kontrolu procesů a praktická opatření. Následující části představují účinná a jednoduchá opatření pro vývoj plastových FRP s vylepšenou tepelnou odolností.

Volba výhodných pryskyřicových matic

Zlepšení odolnosti vůči teplu začíná výběrem plastových FRP komponent odolných proti teplu. Prvním krokem ke zlepšení je výběr kombinací pryskyřic s vlastní tepelnou stabilitou. Například odolnost vůči teplotě modifikovaných epoxidofenolických pryskyřic a polyimidových pryskyřic je vyšší než u běžných formulovaných epoxidových pryskyřic. Pro aplikace s dlouhodobě vysokou teplotou jsou tyto pryskyřice rovněž vynikající. Zachovávají si svou strukturální integritu, odolávají tepelné degradaci a minimalizují pohyb molekulových řetězců pryskyřice při zahřívání, čímž zvyšují tepelnou stabilitu. Výběr pryskyřic je rozhodující pro splnění požadovaných teplotních parametrů koncového použití, aby plastové FRP správně fungovaly v zamýšlených aplikacích.

Optimalizace výběru vláknového zesílení

Výběr správných vláken je velmi důležitý pro dosažení požadovaného zlepšení tepelné odolnosti tepelně odolných FRP kompozitů. Skleněná vlákna jsou vhodná pro většinu účelů. Pro výrazné zlepšení tepelné stability se však vyplatí použít kompozity ze skleněných vláken s vyšším výkonem. Mezi všemi sklovláknovými kompozity jsou nejčastěji používané hybridní sklo-uhlíkové kompozity. Aramidová vlákna se používají ve vyšší škále. Optimálněji kompozit podstatně zvyšuje teplotu skelného přechodu díky přítomnosti aramidu. Vliv bodu tání, rozpínání při nižších teplotách a zachování pevnosti kompozitu při vyšších teplotách se však zaměřuje především na udržení pevnosti kompozitu při vyšších teplotách. Výkon kompozitu také napomáhá robustní konstrukci, která je stabilní a odolná vůči tepelné deformaci, a konstrukce je robustní.

Přidat tepelně odolné přísady

Použití specifických přísad je vynikající metodou pro zlepšení tepelné odolnosti plastových FRP bez větších změn materiálu. Tepelné stabilizátory, jako jsou stericky hindrované fenoly a fosfity, zabraňují termooxidaci pryskyřicové matrice. Protipožární přísady zlepšují odolnost proti ohni a dále zvyšují celkovou tepelnou stabilitu. Mezi nanočástice, které lze přidat do pryskyřice za účelem minimalizace přenosu tepla, patří například křemičité nanočástice nebo uhlíkové nanotrubice. Tyto přísady výrazně zpomalují tepelnou degradaci a zachovávají mechanické vlastnosti při vyšších teplotách. Ztráta hmotnosti je rovněž omezena. Pokud nejsou přísady vhodně kontrolovány, může dojít ke snížení výkonu materiálu.

Dokonalost výrobních procesů

Způsob výrobních procesů vyžaduje značnou pozornost vzhledem k odolnosti konečného FRP výrobku vůči teplu. Správné ztvrdnutí je důležité, protože přetvrdnutí nebo nedotvrdnutí může způsobit vnitřní vady, které narušují tepelný výkon výrobku. Kontrola teploty a doby trvání tvrzení umožňuje pryskyřici vytvořit hustou prostorově síťovanou strukturu, která poskytuje maximální odolnost vůči teplu. Kromě procesu tvrzení také formovací proces hraje velkou roli; kompresní lisování a tažení umožňují vyrábět kompozity s rovnoměrným rozložením vláken a minimálním množstvím pórů, což obojí zlepšuje tepelnou stabilitu. Nakonec je odolnost materiálu vůči vysokým teplotám dále zvýšena dodatečným tvrzením, které dokončí reakci síťování a odstraní zbytkové napětí.

Aplikujte techniky modifikace povrchu

Pomocí modifikace povrchu se získává další tepelně izolační vrstva. Nanesení tepelně odolné vrstvy na povrch SKP vytváří bariéru, která odráží nebo rozptyluje teplo. Široce používané jsou keramické a silikonové povlaky díky svým dielektrickým vlastnostem tepelné izolace. Další povrchové úpravy, jako je leptání plazmou, také zlepšují přilnavost povlaku k SKP podkladu, čímž zajišťují dlouhodobou adhezi. Tyto úpravy brání průniku tepla do kompozitu, snižují vnitřní tepelné napětí a degradaci pryskyřicové matrice.

Zohledněte přizpůsobení prostředí

Odolnost vůči teplu může být dána vlastnostmi materiálu, ale může také záviset na přizpůsobení konkrétnímu prostředí, ve kterém je materiál použit. Znalost rozsahu teplot, doby expozice a agresivity dotčených materiálů, nebo jejich kombinace, určuje výkon tepelně odolného materiálu v daném prostředí. Například u FRP používaného v horkém a agresivním prostředí pod kapotou automobilu. Jakmile je konstrukce navržena, lze součást z FRP vyrobit tak, aby odolávala tepelným cyklům, protože konstrukční a tloušťkové parametry lze upravit tak, aby s tímto zatížením počítaly. Zjišťování prvních známek tepelného opotřebení lze provádět během pravidelné údržby a kontrol, čímž se prodlužuje životnost tepelně odolného FRP.