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三种性能优异的碳纤维增强热塑性复合材料

2020-04-16 16:32:44 admin 9

核心提示:碳纤维增强热塑性复合材料是以热塑性树脂为基体,以碳纤维为增强体的复合材料(CFRTP)。热塑性树脂基碳纤维复材和传统的热固性树碳纤维增强热塑性复合材料是以热塑性树脂为基体,以碳纤维为增强体的复合材料(CFRTP)。热塑性树脂基碳纤维复材和传统的热固性树脂基碳纤维复材在树脂基体、反应类型、材料性能等方面都存在差异。   热塑性树脂基碳纤维复材于加工过程中属于结晶、玻璃化转变,而热固性树脂基碳纤维复材发生的则是交联、固化反应。从工艺难度上看,热塑性碳纤维复材在制备过程中比热固性碳纤维复材更难于浸润,但同时优势也很明显:具有成型周期较短、抗冲击性能较好、可焊接、可实现二次成型、结构设计自由度高等优点。


 


  采用碳纤维增强热塑性复合材料制作而成的各种零部件多具有密度小、强度高、韧性比价高、可回收重复利用等优点,在航空航天、军工、高端机械、医疗等领域都有着广泛的应用前景。   碳纤维增强热塑性复合材料常用的树脂基体有:聚醚醚酮PEEK、热塑性聚酰亚胺TPI、聚苯硫醚PPS、聚醚酮酮PEKK等。下面就选取碳纤维增强热塑性聚酰亚胺、碳纤维增强聚苯硫醚和碳纤维增强聚醚醚酮这三种碳纤维增强热塑性复合材料进行简要介绍。
碳纤维增强热塑性聚酰亚胺(PI)复合材料  作为新一代的高性能特种工程塑料,热塑性聚酰亚胺不仅保留了传统热固性聚酰亚胺的高强度、耐高温、耐化学腐蚀、介电性好、抗辐射等特性,在韧性和热加工成型方面更具有突出优势,除了热模压成型外,还可以采用挤出或注射成型的方式。   碳纤维的加入能显著提高热塑性聚酰亚胺的力学性能,当碳纤维的体积分数达到30%时,材料的拉伸和弯曲强度大约为纯树脂的2-3倍。碳纤维增强的方式还赋予了热塑性聚酰亚胺以更加出色的耐热性能和机械性能,使之成为更高等级的耐磨损、耐腐蚀的高性能材料。


 


 碳纤维增强聚苯硫醚(PPS)复合材料  聚苯硫醚也是颇受复合材料行业青睐的热塑性树脂之一,其在力学性能、耐腐蚀性、自阻燃性等方面都表现优异,所以常常被用作各类高性能复合材料的基体材料。碳纤维增强聚苯硫醚复合材料的各项力学性能也受碳纤维含量的影响,在一定阈值下,碳纤维含量越大,承担外力载荷的能力也就越强。实验证明,在高达100℃的温差条件下,连续性碳纤维增强PPS复合材料板的ILSS仍能呈现出较好的稳定性。  碳纤维增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料  聚醚醚酮刚性高、尺寸稳定性好、线膨胀系数小、能承受极大的应力,不会因时间的延长而产生明显的延伸,而且其密度小,加工性能好,适宜于对精细度要求高的部件。聚醚醚酮本身就是热塑性树脂中耐热性较好的一种,长期的工作温度甚至能达到250摄氏度,在这样的高温环境下,其力学性能基本不受影响。采用碳纤维作为增强体可以进一步提升聚醚醚酮材料在强度、刚性和耐磨性等方面的性能表现,对于制品的整体使用寿命也有明显的延长作用。相关实验证明,碳纤维材料的占比在25%-30%时,以聚醚醚酮为基体的复合材料的耐磨性有显著提高,碳纤维材料的加入能有效提升其应用价值和应用范围。

国内的碳纤维增强热塑性复合材料相关产业起步较晚,以预浸料为例,市场上仍以玻璃纤维增强PP、PA等通用塑料热塑性预浸料为主,碳纤维增强热塑性预浸料尚未实现规模化批量生产。