高為碳纖維
碳纖維復(fù)合材料：結(jié)構(gòu)優(yōu)化與性能提升
復(fù)合材料是由兩種或者兩種以上的獨立組分材料經(jīng)復(fù)合工藝制成的一種多組分材料。其中，分散相為增強體，連續(xù)相為基體。復(fù)合材料的優(yōu)勢在于保持各組分的原有性質(zhì)的同時，相互取長補短，以提升綜合性能，創(chuàng)造出新一代先進復(fù)合材料。在眾多的增強纖維中，碳纖維由于其綜合性能的突出表現(xiàn)，成為五大增強纖維中的佼佼者。
碳纖維復(fù)合材料以其高比強度（強度/密度）和比模量（模量/密度）而聞名，廣泛應(yīng)用于無人機、醫(yī)療床板、體育器材等領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)和市場需求的進步，對碳纖維復(fù)合材料的功能特性要求也越來越高，例如耐磨性、電磁屏蔽性和耐熱性等。
為了滿足不同領(lǐng)域的需求，碳纖維復(fù)合材料主要分為碳纖維增強熱固性樹脂復(fù)合材料（CFRTS）、熱塑性樹脂復(fù)合材料（CFRTP）、碳纖維增強碳基復(fù)合材料（C/C）、碳纖維增強金屬基復(fù)合材料（CFRM）、碳纖維增強陶瓷基復(fù)合材料（CFRC）和碳纖維增強橡膠復(fù)合材料（CFRR）。在博實的產(chǎn)品應(yīng)用中，碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料得到了廣泛應(yīng)用，下面將對其進行簡單介紹。
碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料的基體樹脂主要分為兩大類，一類是熱固性樹脂（TS），另一類是熱塑性樹脂（TP）。熱固性樹脂由反應(yīng)性低分子量預(yù)聚體或帶有活性基團高分子量聚合物組成，通過固化劑或熱作用進行交聯(lián)和縮聚，形成不溶不熔的交聯(lián)體型結(jié)構(gòu)。常見的熱固性樹脂有環(huán)氧樹脂，其活性環(huán)氧基與固化劑作用形成固態(tài)結(jié)構(gòu)。
熱塑性樹脂由線型高分子量聚合物組成，在一定條件下可溶解和熔融，只發(fā)生物理變化。常見的熱塑性樹脂有聚乙烯、尼龍等。高性能熱塑性樹脂如聚醚醚酮（PEEK）具有良好的耐熱性，成型工藝較難，價格較高，主要應(yīng)用于航空航天和高端醫(yī)療領(lǐng)域。
常見的熱固性樹脂包括環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂（PI）、雙馬來聚酰亞胺樹脂（BMI）、酚醛樹脂以及不飽和聚酯等。其中，環(huán)氧樹脂應(yīng)用廣泛，是目前碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料的主要基體樹脂。環(huán)氧樹脂是一種具有環(huán)氧基團的低聚物，與固化劑作用形成三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)的固體。其具有活性環(huán)氧基、羥基和醚基等化學(xué)結(jié)構(gòu)，具有強大的粘接力，可以將增強纖維牢固粘接為一體，使其成為承載外力的整體。在碳纖維環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的固化過程中，可以形成高交聯(lián)密度的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，固化收縮率?。ㄒ话阈∮?%），具有較高的強度、模量和伸長率，有利于提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。此外，環(huán)氧樹脂還具有耐熱性、耐酸堿鹽腐蝕等優(yōu)點，可以在-50℃至180℃的溫度范圍內(nèi)使用。
然而，熱固性樹脂的耐候性和韌性相對較差，一旦出現(xiàn)裂縫，很難修復(fù)，重復(fù)利用率較低。為了改善這一情況，江蘇博實建議采用以熱固性樹脂為主、熱塑性樹脂為輔的混合樹脂基體制造韌性預(yù)浸料。目前，熱塑性碳纖維復(fù)合材料主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，僅有少數(shù)幾種應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域。與熱固性碳纖維復(fù)合材料相比，熱塑性碳纖維復(fù)合材料在軌道車輛、工業(yè)制造、智能機械和醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用還需要較長時間的推廣。
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