থার্মোপ্লাস্টিক কার্বন ফাইবার তৈরিতে, শিল্প সাধারণত এই চারটি সাইজিং এজেন্ট ব্যবহার করে।

থার্মোপ্লাস্টিক রজন-ভিত্তিক কম্পোজিটগুলির সাথে সাইজিং এজেন্টগুলির সামঞ্জস্যতা উন্নত করার জন্য, শিল্পটি বিভিন্ন থার্মোপ্লাস্টিক রেজিনের জন্য বিভিন্ন অভিনব সাইজিং এজেন্টের উপর ব্যাপক গবেষণা চালিয়েছে, যার লক্ষ্য একটি ঘনিষ্ঠ কাঠামোগত সাদৃশ্য এবং সাইজিং এজেন্ট এবং থার্মোপ্লাস্টিকের মধ্যে শক্তিশালী মিথস্ক্রিয়া অর্জন করা। . অসংখ্য পরীক্ষা-নিরীক্ষা এবং তুলনামূলক ডেটা মূল্যায়নের পর, এটি পাওয়া গেছে যে নিম্নলিখিত চারটি সাইজিং এজেন্ট বিশেষভাবে উপযুক্ত: পলিমাইড (PA), পলিউরেথেন (PU), পলিরিলেথার এবং পলিমাইড (PI)।

1. পলিমাইড (পিএ) সাইজিং এজেন্ট

পলিমাইড (PA), যা নাইলন নামেও পরিচিত, এর চমৎকার রাসায়নিক স্থিতিশীলতা, পরিধান প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে। এটি সাধারণত বিশেষ ফাইবার, ইঞ্জিনিয়ারিং প্লাস্টিক এবং থার্মোপ্লাস্টিক রজন-ভিত্তিক যৌগিক ম্যাট্রিক্স রজনগুলিতে ব্যবহৃত হয়। যেহেতু PA ব্যাপকভাবে থার্মোপ্লাস্টিক রজন-ভিত্তিক কম্পোজিটগুলির জন্য একটি ম্যাট্রিক্স রজন হিসাবে ব্যবহার করা হয়েছে, সাইজিং এজেন্টের একটি উপাদান হিসাবে PA নির্বাচন করা থার্মোপ্লাস্টিক রজন-ভিত্তিক কম্পোজিটগুলির ইন্টারফেসিয়াল সামঞ্জস্যকে উন্নত করতে পারে।

একটি দ্রাবক-ভিত্তিক সাইজিং এজেন্ট পলিওলগুলিতে পরিবর্তিত PA দ্রবীভূত করে এবং ডি-সাইজ T300 কার্বন ফাইবারে প্রয়োগ করে প্রস্তুত করা হয়েছিল। এর ফলে CF/PA66 কম্পোজিট তৈরি হয়। সাইজিং এজেন্ট এবং নাইলন 66 ম্যাট্রিক্স রজনের মধ্যে ভাল সামঞ্জস্যের ফলে রাসায়নিক বন্ধন এবং শারীরিক শোষণের একটি সিনারজিস্টিক প্রভাব দেখা দেয়, সফলভাবে কম্পোজিটগুলির প্রসার্য শক্তি এবং প্রভাব শক্তি যথাক্রমে 40.87% এবং 43.59% দ্বারা উন্নত করে।

যাইহোক, এই পদ্ধতিতে উল্লেখযোগ্য পরিমাণে জৈব দ্রাবক প্রয়োজন, যা পরিবেশগত এবং উৎপাদন নিরাপত্তার জন্য মারাত্মক হুমকি সৃষ্টি করে এবং দ্রাবক শুকানোর জন্য শক্তি খরচ যথেষ্ট। অতএব, পিএ সাইজিং এজেন্ট গবেষণার ফোকাস ধীরে ধীরে আরও পরিবেশ বান্ধব জল-ভিত্তিক সাইজিং এজেন্ট সিস্টেমের দিকে সরে যাচ্ছে। বর্তমানে, সার্ফ্যাক্ট্যান্ট ব্যবহার করে স্থিতিশীল বিচ্ছুরিত PA ইমালসন প্রাপ্ত করা এবং হাইড্রোফিলিক পরিবর্তনের মাধ্যমে PA জলীয় সাইজিং এজেন্ট প্রস্তুত করা আরও পরিপক্ক পদ্ধতি।

2. পলিউরেথেন (PU) সাইজিং এজেন্ট

পলিউরেথেন (PU) তার অনন্য রাসায়নিক কাঠামোর কারণে বিভিন্ন থার্মোপ্লাস্টিক রেজিনের সাথে ভাল সামঞ্জস্য এবং বন্ধন শক্তি প্রদর্শন করে, এটিকে একটি সাইজিং এজেন্ট হিসাবে ব্যাপকভাবে প্রযোজ্য করে তোলে। ইউরেথেন এবং কার্বনেট কাঠামোর মধ্যে সাদৃশ্য এবং সামঞ্জস্যতা লাভ করে, PU-কে একটি দ্রাবক পদ্ধতির মাধ্যমে কার্বন ফাইবার (CF)/থার্মোপ্লাস্টিক পলিকার্বোনেট (PC) কম্পোজিটগুলিতে ফাইবারগুলির আকার দেওয়ার জন্য একটি সাইজিং এজেন্ট হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে।

পলিউরেথেন (PU) সাইজিং এজেন্টের তাপীয় স্থিতিশীলতা চমৎকার; এটি শুধুমাত্র 270 ডিগ্রি পর্যন্ত তাপমাত্রায় ওজন হারাতে শুরু করে। এটি পলিকার্বোনেট (পিসি) ম্যাট্রিক্সের কার্বনেট কাঠামোর সাথে রাসায়নিক বন্ধনের অনুমতি দেয়, যার ফলে কম্পোজিটের ইন্টারলেমিনার শিয়ার শক্তি 38.1 MPa থেকে 62.9 MPa পর্যন্ত বৃদ্ধি পায়, যা 65% উন্নতির প্রতিনিধিত্ব করে।

যাইহোক, পরিবেশগত সমস্যাগুলির উপর ক্রমবর্ধমান জোর দিয়ে, দ্রাবক-ভিত্তিক PU সাইজিং এজেন্টগুলি ধীরে ধীরে জল-ভিত্তিক সাইজিং এজেন্ট সিস্টেম দ্বারা প্রতিস্থাপিত হচ্ছে। ইমালসন বিচ্ছুরণ হল জল-ভিত্তিক PU সাইজিং এজেন্ট প্রস্তুত করার জন্য সাধারণভাবে ব্যবহৃত পদ্ধতিগুলির মধ্যে একটি। জল-ভিত্তিক ইমালসন PU সাইজিং এজেন্টগুলিকে স্বাভাবিক তাপমাত্রায় শুকানোর পরিস্থিতিতে ছয় মাস পর্যন্ত সংরক্ষণ করা যেতে পারে, তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা 280-300 ডিগ্রিতে পৌঁছায়, যা CF/PA66 কম্পোজিটগুলির ইন্টারলামিনার শিয়ার শক্তিকে 78 MPa-এর উপরে উন্নীত করতে পারে, আরও বেশি প্রদর্শন করে উল্লেখযোগ্য বৃদ্ধি।

Polyarylether সাইজিং এজেন্ট

Polyarylethers হল পলিমার যাতে সুগন্ধযুক্ত রিং এবং ইথার সংযোগ থাকে। সুপরিচিত উদাহরণগুলির মধ্যে রয়েছে পলিথার ইথার কিটোন (পিইকে), পলিফেনিলিন সালফাইড (পিপিএস), এবং পলিথারসালফোন (পিইএস)। অনমনীয় বেনজিন রিং এবং নমনীয় ইথার সংযোগগুলি এই উপাদানগুলিকে চমৎকার যান্ত্রিক এবং তাপীয় বৈশিষ্ট্যগুলি প্রদান করে, পাশাপাশি কিছু সিস্টেমকে স্ফটিক হতে দেয়, যা উচ্চ তাপমাত্রা এবং আর্দ্র অবস্থায় ক্রমাগত ব্যবহার সক্ষম করে। এগুলি মহাকাশ, ইলেকট্রনিক্স, শক্তি এবং চিকিৎসা ক্ষেত্রে উচ্চ-পারফরম্যান্স ইঞ্জিনিয়ারিং প্লাস্টিক এবং থার্মোপ্লাস্টিক রজন হিসাবে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।

যাইহোক, পলিরিলেথারগুলির অনমনীয় এবং স্থিতিশীল কাঠামো, অনেক সুবিধা প্রদান করার সাথে সাথে, অন্যান্য সক্রিয় গোষ্ঠীর সাথে প্রতিক্রিয়া করা তাদের পক্ষে চ্যালেঞ্জিং করে তোলে, যার ফলে কার্বন ফাইবার (সিএফ) এর সাথে দুর্বল ইন্টারফেসিয়াল বন্ধন হয়। অতএব, সিএফ এবং থার্মোপ্লাস্টিক ম্যাট্রিক্সের সাথে তাদের বন্ধন শক্তি বাড়ানোর জন্য পলিরিলেথার সিস্টেমগুলি পরিবর্তন করা এবং সাইজিং এজেন্ট প্রস্তুত করা একটি অগ্রাধিকার সমস্যা হয়ে দাঁড়িয়েছে। স্ট্রং অ্যাসিড চিকিত্সা পলিরিলেথার অণুগুলিতে সক্রিয় গোষ্ঠীগুলি প্রবর্তনের জন্য একটি কার্যকর পদ্ধতি।

একটি সালফোনেশন চিকিত্সা নিযুক্ত করার মাধ্যমে, একটি সাইজিং এজেন্ট প্রস্তুত করার জন্য সোডিয়াম সালফোনেট কাঠামো (−SO3Na) PEEK সিস্টেমে প্রবর্তন করা হয়েছিল। সালফোনিক গ্রুপগুলি ফাইবার পৃষ্ঠের গ্রুপগুলির সাথে হাইড্রোজেন বন্ধন গঠন করতে পারে এবং সাইজিং এজেন্ট PEEK ম্যাট্রিক্সের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, যা ম্যাট্রিক্স রজন সিএফ-এ ভেজা এবং অনুপ্রবেশের সুবিধা দেয়। যৌগিক উপাদানের ইন্টারলামিনার শিয়ার শক্তি 78.2 MPa এ পৌঁছেছে।

উপরন্তু, একটি দ্রাবক-ভিত্তিক হাইব্রিড সাইজিং এজেন্ট পলিথারসালফোন (PES) এর মতো ডায়ামাইন কাঠামোর সাথে গ্রাফিন অক্সাইড (GO) পরিবর্তন করে প্রস্তুত করা হয়েছিল, যা শুধুমাত্র সক্রিয় অ্যামিনো গ্রুপগুলি চালু করেনি বরং সিস্টেমের তাপীয় স্থিতিশীলতাকেও উন্নত করেছে। বিভিন্ন মিথস্ক্রিয়া যেমন রাসায়নিক বন্ধন, হাইড্রোজেন বন্ধন, মেরু আকর্ষণ, ভ্যান ডার ওয়ালস বাহিনী এবং যান্ত্রিক ইন্টারলকিং সাইজিং এজেন্ট, GO, CF এবং PES ম্যাট্রিক্সের মধ্যে একটি শক্তিশালী বন্ধন অর্জন করতে পারে, যার ফলে ইন্টারফেসিয়াল বৈশিষ্ট্যের 74.1% উন্নতি হয়। CF/PES কম্পোজিটের।

4. পলিমাইড (PI) সাইজিং এজেন্ট

পলিমাইডস (PI) হল উচ্চ-কার্যক্ষমতা সম্পন্ন পলিমার যা তাদের আণবিক ব্যাকবোনে ইমাইড রিং ধারণ করে। তারা একটি অত্যন্ত অনমনীয় চেইন কাঠামো এবং চমৎকার যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের অধিকারী, যা তাদের সর্বোচ্চ তাপমাত্রা-রেটযুক্ত পলিমার উপকরণগুলির মধ্যে একটি করে তোলে। PIs মহাকাশ, সামরিক সরঞ্জাম, ইলেকট্রনিক যোগাযোগ এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে ব্যাপক অ্যাপ্লিকেশন খুঁজে পেয়েছে। এর মধ্যে, পলিথার ইমাইড (PEI) সাইজিং এজেন্ট, যা নমনীয় ইথার সংযোগ ধারণ করে, সাম্প্রতিক বছরগুলিতে তাদের ব্যতিক্রমী তাপীয় স্থিতিশীলতা, উন্নত নমনীয়তা, ভাল দ্রবণীয়তা এবং থার্মোপ্লাস্টিক রেজিনের সাথে সামঞ্জস্যের কারণে উচ্চ-তাপমাত্রার সাইজিং এজেন্ট হিসাবে যথেষ্ট মনোযোগ পেয়েছে।

PI সাইজিং এজেন্ট উচ্চ তাপমাত্রা সহ্য করতে পারে, উচ্চ-কার্যক্ষমতা সম্পন্ন থার্মোপ্লাস্টিক রজন-ভিত্তিক কম্পোজিটগুলির জন্য ছাঁচনির্মাণ এবং ব্যবহারের শর্তগুলি পূরণ করতে পারে (যেমন CF/PES এবং CF/PEEK কম্পোজিট)। যাইহোক, পলিরিলেথার সাইজিং এজেন্টের মতোই, পিআই সাইজিং এজেন্টগুলির অনমনীয় এবং স্থিতিশীল আণবিক কাঠামোর ফলে কার্বন ফাইবার (সিএফ) এর সাথে কম বন্ধন ক্ষমতা এবং দুর্বল প্রক্রিয়াযোগ্যতা হয়, যার ফলে রাসায়নিক পরিবর্তনের প্রয়োজন হয়।

পিআই সাইজিং এজেন্টের পরিবর্তনটি পিইআই-এর ডাইক্লোরোমেথেন দ্রবণে বহু-প্রাচীরযুক্ত কার্বন ন্যানোটিউবস (MWCNT) ছড়িয়ে দিয়ে ন্যানো পার্টিকেল ব্যবহার করে সম্পাদিত হয়েছিল। একটি দ্রাবক পদ্ধতি ব্যবহার করে, T300 গ্রেড সিএফ ফ্যাব্রিকের পৃষ্ঠটি চিকিত্সা করা হয়েছিল। গবেষণায় দেখা গেছে যে মিক্সড সাইজিং এজেন্টে এমডব্লিউসিএনটি কার্যকরভাবে প্রচুর সংখ্যক সক্রিয় গ্রুপ চালু করেছে এবং ফাইবার পৃষ্ঠকে অভিন্নভাবে আবৃত করতে পারে। সাইজ করার পরে, PEI-তে ইমাইড রিংগুলি MWCNT পৃষ্ঠে হাইড্রক্সিল এবং কার্বক্সিল গ্রুপের সাথে পোলার মিথস্ক্রিয়া এবং হাইড্রোজেন বন্ধন গঠন করতে পারে, যখন π-π স্ট্যাকিং মিথস্ক্রিয়া MWCNT এর সুগন্ধযুক্ত রিং এবং PEEK ম্যাট্রিক্স রজনের মধ্যে ঘটেছিল। এই পরিবর্তন উল্লেখযোগ্যভাবে ফাটল বিস্তারকে বাধা দেয়, শেষ পর্যন্ত যৌগিক উপাদানের জন্য 90.7 MPa এর একটি ইন্টারলেমিনার শিয়ার শক্তির ফলে।

কঠোরভাবে বলতে গেলে, পলিমাইড (PA), পলিউরেথেন (PU), পলিরিলেথার এবং পলিমাইড (PI) সাইজিং এজেন্টের চারটি বিভাগের প্রতিনিধিত্ব করে, প্রতিটি বিভিন্ন ধরণের থার্মোপ্লাস্টিক রেজিনের জন্য তৈরি। এই সাইজিং এজেন্ট সিস্টেমগুলি সাধারণত থার্মোপ্লাস্টিক কার্বন ফাইবার কম্পোজিটগুলির কার্যকারিতা বৈশিষ্ট্যগুলিকে কার্যকরভাবে উন্নত করার জন্য ব্যবহারের সময় বিভিন্ন পরিবর্তনের মধ্য দিয়ে যায়। উপরন্তু, পরীক্ষামূলক প্রক্রিয়াগুলি পরিবেশের উপর উল্লেখযোগ্য নেতিবাচক প্রভাব ফেলতে পারে কিনা তা বিবেচনা করা অপরিহার্য। সর্বোত্তম সমাধান খুঁজে বের করার জন্য, অভ্যন্তরীণ এবং আন্তর্জাতিকভাবে অসংখ্য বিশেষজ্ঞ এবং পণ্ডিতরা সবচেয়ে উপযুক্ত পন্থা চিহ্নিত করার চেষ্টা করছেন।