三種性能優異的碳纖維增強熱塑性復合材料

核心提示：碳纖維增強熱塑性復合材料是以熱塑性樹脂為基體，以碳纖維為增強體的復合材料(CFRTP)。熱塑性樹脂基碳纖維復材和傳統的熱固性樹碳纖維增強熱塑性復合材料是以熱塑性樹脂為基體，以碳纖維為增強體的復合材料(CFRTP)。熱塑性樹脂基碳纖維復材和傳統的熱固性樹脂基碳纖維復材在樹脂基體、反應類型、材料性能等方面都存在差異。   熱塑性樹脂基碳纖維復材于加工過程中屬于結晶、玻璃化轉變，而熱固性樹脂基碳纖維復材發生的則是交聯、固化反應。從工藝難度上看，熱塑性碳纖維復材在制備過程中比熱固性碳纖維復材更難于浸潤，但同時優勢也很明顯：具有成型周期較短、抗沖擊性能較好、可焊接、可實現二次成型、結構設計自由度高等優點。

  采用碳纖維增強熱塑性復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、可回收重復利用等優點，在航空航天、軍工、高端機械、醫療等領域都有著廣泛的應用前景。   碳纖維增強熱塑性復合材料常用的樹脂基體有：聚醚醚酮PEEK、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合材料進行簡要介紹。
碳纖維增強熱塑性聚酰亞胺（PI）復合材料  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熱固性聚酰亞胺的高強度、耐高溫、耐化學腐蝕、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性能，當碳纖維的體積分數達到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）復合材料  聚苯硫醚也是頗受復合材料行業青睞的熱塑性樹脂之一，其在力學性能、耐腐蝕性、自阻燃性等方面都表現優異，所以常常被用作各類高性能復合材料的基體材料。碳纖維增強聚苯硫醚復合材料的各項力學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，連續性碳纖維增強PPS復合材料板的ILSS仍能呈現出較好的穩定性。  碳纖維增強聚醚醚酮（PEEK）復合材料  聚醚醚酮剛性高、尺寸穩定性好、線膨脹系數小、能承受極大的應力，不會因時間的延長而產生明顯的延伸，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，在這樣的高溫環境下，其力學性能基本不受影響。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，對于制品的整體使用壽命也有明顯的延長作用。相關實驗證明，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用價值和應用范圍。

國內的碳纖維增強熱塑性復合材料相關產業起步較晚，以預浸料為例，市場上仍以玻璃纖維增強PP、PA等通用塑料熱塑性預浸料為主，碳纖維增強熱塑性預浸料尚未實現規模化批量生產。  

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