碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料是以熱塑性樹脂為基體，以碳纖維為增強體的復(fù)合材料(CFRTP)。熱塑性樹脂基碳纖維復(fù)材和傳統(tǒng)的熱固性樹脂基碳纖維復(fù)材在樹脂基體、反應(yīng)類型、材料性能等方面都存在差異。
熱塑性樹脂基碳纖維復(fù)材于加工過程中屬于結(jié)晶、玻璃化轉(zhuǎn)變，而熱固性樹脂基碳纖維復(fù)材發(fā)生的則是交聯(lián)、固化反應(yīng)。從工藝難度上看，熱塑性碳纖維復(fù)材在制備過程中比熱固性碳纖維復(fù)材更難于浸潤，但同時優(yōu)勢也很明顯：具有成型周期較短、抗沖擊性能較好、可焊接、可實現(xiàn)二次成型、結(jié)構(gòu)設(shè)計自由度高等優(yōu)點。采用碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料制作而成的各種零部件多具有密度小、強度高、韌性比價高、可回收重復(fù)利用等優(yōu)點，在航空航天、軍工、高端機械、醫(yī)療等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。
碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料常用的樹脂基體有：聚醚醚酮PEKK、熱塑性聚酰亞胺TPI、聚苯硫醚PPS、聚醚酮酮PEKK等。下面就選取碳纖維增強熱塑性聚酰亞胺、碳纖維增強聚苯硫醚和碳纖維增強聚醚醚酮這三種碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料進行簡要介紹。
碳纖維增強熱塑性聚酰亞胺復(fù)合材料：
作為新一代的高性能特種工程塑料，熱塑性聚酰亞胺不僅保留了傳統(tǒng)熱固性聚酰亞胺的高強度、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、介電性好、抗輻射等特性，在韌性和熱加工成型方面更具有突出優(yōu)勢，除了熱模壓成型外，還可以采用擠出或注射成型的方式。碳纖維的加入能顯著提高熱塑性聚酰亞胺的力學(xué)性能，當碳纖維的體積分數(shù)達到30%時，材料的拉伸和彎曲強度大約為純樹脂的2-3倍。碳纖維增強的方式還賦予了熱塑性聚酰亞胺以更加出色的耐熱性能和機械性能，使之成為更高等級的耐磨損、耐腐蝕的高性能材料。
碳纖維增強聚苯硫醚（PPS）復(fù)合材料：
聚苯硫醚也是頗受復(fù)合材料行業(yè)青睞的熱塑性樹脂之一，其在力學(xué)性能、耐腐蝕性、自阻燃性等方面都表現(xiàn)優(yōu)異，所以常常被用作各類高性能復(fù)合材料的基體材料。碳纖維增強聚苯硫醚復(fù)合材料的各項力學(xué)性能也受碳纖維含量的影響，在一定閾值下，碳纖維含量越大，承擔外力載荷的能力也就越強。實驗證明，在高達100℃的溫差條件下，連續(xù)性碳纖維增強PPS復(fù)合材料板的ILSS仍能呈現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性。
碳纖維增強聚醚醚酮（PEEK）復(fù)合材料：
聚醚醚酮剛性高、尺寸穩(wěn)定性好、線膨脹系數(shù)小、能承受極大的應(yīng)力，不會因時間的延長而產(chǎn)生明顯的延伸，而且其密度小，加工性能好，適宜于對精細度要求高的部件。聚醚醚酮本身就是熱塑性樹脂中耐熱性較好的一種，長期的工作溫度甚至能達到250攝氏度，在這樣的高溫環(huán)境下，其力學(xué)性能基本不受影響。采用碳纖維作為增強體可以進一步提升聚醚醚酮材料在強度、剛性和耐磨性等方面的性能表現(xiàn)，對于制品的整體使用壽命也有明顯的延長作用。相關(guān)實驗證明，碳纖維材料的占比在25%-30%時，以聚醚醚酮為基體的復(fù)合材料的耐磨性有顯著提高，碳纖維材料的加入能有效提升其應(yīng)用價值和應(yīng)用范圍。
國內(nèi)的碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料相關(guān)產(chǎn)業(yè)起步較晚，以預(yù)浸料為例，市場上仍以玻璃纖維增強PP、PA等通用塑料熱塑性預(yù)浸料為主，碳纖維增強熱塑性預(yù)浸料尚未實現(xiàn)規(guī)?；可a(chǎn)。無錫智上新材料科技有限公司在熱固性碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用基礎(chǔ)上，自主研發(fā)出集預(yù)浸料制備、成型及涂裝一體化的碳纖維熱塑性復(fù)合材料生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線將逐步實現(xiàn)具有高性能、低成本、綠色環(huán)保的熱塑性碳纖維復(fù)合材料零部件的批量化制造目標。目前已與一些高端醫(yī)療器械品牌、航天及軌道交通零部件生產(chǎn)廠商展開相關(guān)產(chǎn)業(yè)化合作活動。
魯ICP備2021047099號