碳纤维热塑性PPS复合材料的应用优势及研究进展
连续碳纤维纤维增强热塑性复合材料凭借其优异的性能优势,在近几年乃至未来几十年的先进复合材料行业中都将表现出强劲的发展势头。
这类热塑性复合材料不仅克服了热固性树脂复合材料无法解决的断裂延伸率低、韧性差、吸湿、损伤容限比较低、预浸料贮存期短、设计自由度小等缺陷问题,更具备环保、可再生利用、成型快等现代市场所需要的新型特质:因为这类复合材料在加工过程中不需引入溶剂和助剂,所以能减少甚至是一定程度上避免了环境污染,而且热塑类制品不像热固类复合材料产品成型后不可再利用,在一定温度条件下,其具备可回收、再生重复使用的可能性。另外,相对于热固类制品,热塑类复合材料制品成型速度要快一些,制造周期短,这有利于降低产品的成本。
因此,连续性纤维增强热塑性树脂复合材料作为结构材料不仅能成功应用于汽车领域,也具备在工业、交通、医疗等更多领域长足发展的条件。
在热塑性复合材料的基体材料和增强体中,碳纤维(CF)作为一种高强度、高模量且质轻的纤维,在汽车等领域中已得到相对广泛的应用。聚苯硫醚(PPS)是一种以苯环和硫原子组成分子主链的线性半结晶聚合物,其具备一系列优良的性质,如优异的力学性能、化学稳定性、耐溶剂性、阻燃性等,并且具备良好的加工成型性能,作为目前产量最大的一种特种工程塑料,市场应用基础成熟。通过CF增强PPS树脂,可以制备得到机械性能、耐热性能等更为优异的复合材料。最有代表性的应用实例就是以碳纤维增强聚苯硫醚复合材料制作空客A340/A380机翼前缘。
但是在碳纤维增强聚苯硫醚树脂基复合材料的实际应用中仍然存在以下问题:一是碳纤维材料表面呈惰性,界面强度较弱,会一定程度上影响到复合材料的整体性能,二是目前所用的碳纤维表面的上浆剂和界面改性剂耐热性差,在高温加工时可能会分解,界面改善效果不理想。而且,PPS是一种非极性高分子材料,碳纤维与其界面结合强度不好。简而言之,就是二者熔融粘度较大,纤维的浸渍比较困难。因此,如何解决树脂基体对纤维的完全浸渍也就成为碳纤维增强的聚苯硫醚树脂基复合材料取得广泛应用的最大难题。
在连续碳纤维增强热塑性复合材料系列产品的开发过程中,我们无锡智上新材的研发人员发现,树脂基体PPS对温度的敏感性较高,随着温度的升高,熔体粘度逐渐下降;但是一旦温度过高又会使PPS发生交联反应,而不同程度的交联对材料的拉伸、弯曲、层间剪切、冲击的影响是不一样的,因此,如何管控以取得最佳温度,对解决上述问题有直接影响。
在此思路的启发下,我们无锡智上新材的热塑性产品开发人员通过针对性的界面改性及制作工艺的不断完善和改良,不仅有效提升了熔融的程度,更通过连续碳纤维增强的方式突破了传统碳纤维粉末增强的固有模式,赋予了碳纤维增强聚苯硫醚复合材料以更强的性能表现,为其在更多高端智能化工业、医疗等领域的深入应用做好铺垫。
(版权所有,转载时请务必保持内容的完整性并标明文章出处。)