继热固性碳纤维增强复合材料的大范围应用之后,连续碳纤维增强热塑性复合材料(CFRT)凭借着更出色的性能优势和应用价值在航空航天、轨道交通、智能制造、高端医疗以及新能源领域中得到广泛关注。
连续碳纤维增强热塑性复合材料单向预浸带是制作热塑性碳纤维零部件的重要应用形式之一,除碳纤维与热塑性树脂的质量之外,制备工艺也是决定预浸带性能的主要因素。就连续碳纤维增强热塑性复合材料单向预浸带来说,连续碳纤维与热塑性树脂之间的浸渍效果直接影响到成品的性能水平。国内的连续碳纤维增强热塑性单向预浸带制造商智上新材料以自身经验证实,制备过程中工艺参数的少许变化都会对连续碳纤维与热塑性树脂之间的浸渍效果产生很大的影响。
以温度为例,对比分析连续碳纤维与热塑性树脂之间的浸渍效果是如何影响到成品的性能表现。
温度是连续碳纤维增强热塑性单向预浸带制备中的一个重要参数。智上新材料认为,温度把控是经验累积与精确计算的结果。如果热压温度不够,复合材料内部的热塑性树脂对碳纤维丝束的浸渍效果就不好。用这种预浸带制作的复合材料零部件产品在受力破坏时,断面处所裸露的碳纤维就显得比较光滑,丝束几乎没有或者很少粘附残余树脂。这是因为,当碳纤维与树脂基体的界面粘接强度小于基体树脂的内聚强度时,破坏将发生在复合材料的界面层,界面层脱粘破坏时的重要特征就是纤维表面光滑,同时断面十分平整。
从另一个角度说,复合材料在受力破坏时,树脂基体部分产生了裂纹并在不断扩展,作为增强体的连续碳纤维丝束没有起到应有的增强作用,对这种破坏产生的阻力很小,塑性变形的程度不是很大,这种破坏形成的多属于脆性断裂。
当热压温度足够时,热塑性树脂基体与碳纤维丝束之间的浸渍效果就可以大幅度提高。在这种情况下,复合材料零部件在受力破坏时,截面所显露的碳纤维丝束表面就会粘附有一定量的基体树脂。只要碳纤维增强体与树脂基体之间的界面粘接强度大于基体树脂的内聚强度,树脂在受力后将会发生柔性变形,就能将应力均匀地传递给作为增强体的碳纤维,这样破坏将局限于树脂层,为树脂内部破坏。与此同时,复合材料受力变形时裂纹的延伸和扩展将受到增强碳纤维的阻力,产生较多的塑性变形,断面呈现阶梯状破坏。
从破坏原理及破坏后断裂结果的差异可知,只有浸渍效果好的预浸带才能有助于复合材料零部件表现出良好的性能。智上新材料制备的连续碳纤维增强PPS/PI/PEEK/PA等系列单向预浸带浸润率高、丝束分布均匀、表面光滑无毛刺,能有效发挥出连续碳纤维与中高端热塑性树脂所叠加的特殊优势。
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