热塑性碳纤维复合材料是如何分类的?
热塑性碳纤维复合材料未来有望替代热固性碳纤维复合材料,因为它的综合性能更好,而且有利于回收再利用。不过现阶段因为技术因素还未能批量生产,但这不妨碍我们认识热塑性碳纤维复合材料,我们可以先从它的分类开始。
按碳纤维形态划分热塑性碳纤维复合材料
1、短切碳纤维:短切碳纤维是由碳纤维长丝经纤维切断机短切而成,具有分散均匀、工艺简单等的优点,可以应用于碳纤维长丝所不适合的特殊领域。短切碳纤维的标准长度是1mm—100mm,纤维直径7μm,拉伸强度3500MPa,拉伸模量228GPa,密度1.75g/cm3。
2、长切碳纤维:长切碳纤维增强热塑性复合材料是用连续纤维无捻粗纱与热塑性塑料通过挤出、造粒或制片方法制成半成品,再经注射或模压成型为制品。单个长度比短切更长一些,性能相仿。
3、连续碳纤维:连续碳纤维热塑性复合材料才是未来发展的重要方向,在性能表现上更突出,是高端领域急需的新型材料之一。
按树脂种类划分热塑性碳纤维复合材料
1、聚醚醚酮(PEEK):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。另外聚醚醚酮还有较好的生物相容性,未来可以应用于骨科医疗领域。
2、聚苯硫醚(PPS):聚苯硫醚力学性能较好,还具有不错的耐腐蚀性和自阻燃性等,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。
3、热塑性聚酰亚胺(TPI):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,而且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。
从现有的热塑性碳纤维复合材料技术来看,它的综合性能确实超过热固性碳纤维复合材料,但它却有一个很大的问题需要克服,那就是如何轻易制备较为稳定的热塑性碳纤维复合材料。因为热塑性树脂的熔点更高,与连续碳纤维丝束融合的难度更大,所以科研人员需要更多的时间和精力才能找到对应的解决方案。
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