碳纖維熱塑性PPS復(fù)合材料的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及研究進(jìn)展
連續(xù)碳纖維纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料憑借其優(yōu)異的性能優(yōu)勢(shì),在近幾年乃至未來幾十年的先進(jìn)復(fù)合材料行業(yè)中都將表現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。
這類熱塑性復(fù)合材料不僅克服了熱固性樹脂復(fù)合材料無(wú)法解決的斷裂延伸率低、韌性差、吸濕、損傷容限比較低、預(yù)浸料貯存期短、設(shè)計(jì)自由度小等缺陷問題,更具備環(huán)保、可再生利用、成型快等現(xiàn)代市場(chǎng)所需要的新型特質(zhì):因?yàn)檫@類復(fù)合材料在加工過程中不需引入溶劑和助劑,所以能減少甚至是一定程度上避免了環(huán)境污染,而且熱塑類制品不像熱固類復(fù)合材料產(chǎn)品成型后不可再利用,在一定溫度條件下,其具備可回收、再生重復(fù)使用的可能性。另外,相對(duì)于熱固類制品,熱塑類復(fù)合材料制品成型速度要快一些,制造周期短,這有利于降低產(chǎn)品的成本。
因此,連續(xù)性纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)材料不僅能成功應(yīng)用于汽車領(lǐng)域,也具備在工業(yè)、交通、醫(yī)療等更多領(lǐng)域長(zhǎng)足發(fā)展的條件。
在熱塑性復(fù)合材料的基體材料和增強(qiáng)體中,碳纖維(CF)作為一種高強(qiáng)度、高模量且質(zhì)輕的纖維,在汽車等領(lǐng)域中已得到相對(duì)廣泛的應(yīng)用。聚苯硫醚(PPS)是一種以苯環(huán)和硫原子組成分子主鏈的線性半結(jié)晶聚合物,其具備一系列優(yōu)良的性質(zhì),如優(yōu)異的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性、耐溶劑性、阻燃性等,并且具備良好的加工成型性能,作為目前產(chǎn)量最大的一種特種工程塑料,市場(chǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)成熟。通過CF增強(qiáng)PPS樹脂,可以制備得到機(jī)械性能、耐熱性能等更為優(yōu)異的復(fù)合材料。最有代表性的應(yīng)用實(shí)例就是以碳纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料制作空客A340/A380機(jī)翼前緣。
但是在碳纖維增強(qiáng)聚苯硫醚樹脂基復(fù)合材料的實(shí)際應(yīng)用中仍然存在以下問題:一是碳纖維材料表面呈惰性,界面強(qiáng)度較弱,會(huì)一定程度上影響到復(fù)合材料的整體性能,二是目前所用的碳纖維表面的上漿劑和界面改性劑耐熱性差,在高溫加工時(shí)可能會(huì)分解,界面改善效果不理想。而且,PPS是一種非極性高分子材料,碳纖維與其界面結(jié)合強(qiáng)度不好。簡(jiǎn)而言之,就是二者熔融粘度較大,纖維的浸漬比較困難。因此,如何解決樹脂基體對(duì)纖維的完全浸漬也就成為碳纖維增強(qiáng)的聚苯硫醚樹脂基復(fù)合材料取得廣泛應(yīng)用的最大難題。
在連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料系列產(chǎn)品的開發(fā)過程中,我們無(wú)錫智上新材的研發(fā)人員發(fā)現(xiàn),樹脂基體PPS對(duì)溫度的敏感性較高,隨著溫度的升高,熔體粘度逐漸下降;但是一旦溫度過高又會(huì)使PPS發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),而不同程度的交聯(lián)對(duì)材料的拉伸、彎曲、層間剪切、沖擊的影響是不一樣的,因此,如何管控以取得最佳溫度,對(duì)解決上述問題有直接影響。
在此思路的啟發(fā)下,我們無(wú)錫智上新材的熱塑性產(chǎn)品開發(fā)人員通過針對(duì)性的界面改性及制作工藝的不斷完善和改良,不僅有效提升了熔融的程度,更通過連續(xù)碳纖維增強(qiáng)的方式突破了傳統(tǒng)碳纖維粉末增強(qiáng)的固有模式,賦予了碳纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料以更強(qiáng)的性能表現(xiàn),為其在更多高端智能化工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域的深入應(yīng)用做好鋪墊。
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