碳纖維復(fù)合材料作為一款高性能復(fù)合材料材料,在全球都掀起了一股應(yīng)用熱潮,隨著碳纖維技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟,各種高品質(zhì)碳纖維材料開始出現(xiàn),相應(yīng)的也帶動(dòng)了熱固性碳纖維材料的發(fā)展,其中比較知名的有環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料。在國外方面,除了熱固性碳纖維復(fù)合材料,熱塑性碳纖維也開始得到大力推行,但在國內(nèi)放,熱塑性碳纖維的推廣應(yīng)用似乎還未進(jìn)入狀態(tài),那么熱塑性碳纖維復(fù)合材料是否值得去大力推廣呢?
首先,熱塑性碳纖維材料比熱固性碳纖維復(fù)合材料成本要高,并且制作工藝要求也比較高,大多數(shù)熱塑性樹脂在熔融溫度下黏度較高,無法很好的浸漬碳纖維,所以在制作上存在著難度,一定程度上限制了一些技術(shù)和生產(chǎn)條件不夠的企業(yè)加入,所以導(dǎo)致很多企業(yè)在應(yīng)用上望而卻步。其次,在國內(nèi)對熱塑性碳纖維復(fù)合材料的認(rèn)識存在著片面性,所以導(dǎo)致其性能優(yōu)勢并沒有得到重視和開發(fā)。
目前,熱塑性碳纖維復(fù)合材料主要在高端領(lǐng)域有應(yīng)用,如航空航天、醫(yī)療等領(lǐng)域,其他領(lǐng)域很少有涉及。市場上應(yīng)用較多的還是熱固性碳纖維復(fù)合材料,但其存在著成型周期長、沖擊韌性差、預(yù)浸料存放時(shí)間短、產(chǎn)品局部修復(fù)難、不可重復(fù)利用等缺點(diǎn),而這些缺點(diǎn)恰恰是熱塑性碳纖維復(fù)合材料能給彌補(bǔ)的,所以理論上推進(jìn)熱塑性碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用還是很有必要的。
高性能熱塑性碳纖維復(fù)合材料采用的樹脂基體在耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度方面都展示出普通熱固性樹脂難以比擬的性能優(yōu)勢。例如在航天、航空領(lǐng)域中使用的熱塑性碳纖維復(fù)合材料,其樹脂基體的Tg值須大于177,在機(jī)械強(qiáng)度方面,通常要求抗拉強(qiáng)度大于70MPa,抗張模量大2GPa,個(gè)別情況下要求能分別達(dá)到100 MPa和3GPa。
另外,熱塑性碳纖維復(fù)合材料的韌性可以在滿足飛機(jī)控制表面和機(jī)身薄型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上保持著更好的損傷容限和更輕的結(jié)構(gòu)。在醫(yī)療領(lǐng)域,則表現(xiàn)為有著更好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和人體相容性。
傳統(tǒng)熱固性碳纖維復(fù)合材料需要用緊固件或者膠粘的方式實(shí)現(xiàn)部件之間的連接,熱塑性則可以直接焊接在一起,省去了緊固件的重量與成本,更好的實(shí)現(xiàn)輕量化。并且熱塑性碳纖維材料可以通過熔融重塑實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用,雖然目前還未有批量回收利用的案例,但在理論上為其回收利用提供了新思路。
從國外熱塑性碳纖維市場的發(fā)展就可以看出,熱塑性碳纖維的需求一直在持續(xù)增長,更應(yīng)加大技術(shù)投入,學(xué)習(xí)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),只有不斷開發(fā)新的熱塑性碳纖維復(fù)合材料的制造工藝,才能有效的降低使用成本,國內(nèi)的熱塑性碳纖維復(fù)合材料發(fā)展雖相較國外有一定差距,但潛力無限。