碳纤维增强热塑性树脂的性能

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1、碳纤维增强热塑性树脂i瓣能杨树根张良年(上海新兴碳索有限公司上海200241)娃摘要：本文论述了碳纤维增强热塑性树脂CCFP,TP)复合材料的力学、热学、电学、摩擦等性能，讨论了影响CFRTP力学性能的各种因素．并对制作过程中如何提高CFRTP的性能提出一些思路。1引言碳纤维增强树脂可分为碳纤维增强热固性树脂(CFRP)和碳纤维增强热塑性树脂(CFRTP)二种。相对于CFRP来说，CFRTP有如下优点：l、韧性高．-抗冲击性能好{2、成型加工周期短，成本低，易于大量生产：3、机加工及维修方便；4、抗蠕变性能好；5、具有优良的抗辐射性能；6、制品不分层；7、半成

2、品储存期长。由于它的独特优点，受到各界重视，现已广泛应用在纺织、机械、医疗、运动器材、化工、电子等工业部门，’。并取得较好的效果。发达国家对纤维增强热塑性树腊的发展非常重视，在60—70以每年25％的速度递增，进入90年代仍保持10％的发展速度。起初一般用玻纤增强，80年代中开始应用碳纤维增强，使纤维增强熟塑性树脂的性能达到新的水平。在70年代中期，我国也采用玻纤增强热塑性树脂，制成泵壳、阀门、电机风叶片、电视机部件等。近年来，随着国内碳纤维产量的扩大，碳纤维售价相对下降，礴嘲维增强热塑性树腊应用也逐渐增加。2碳纤维增强热塑性树脂性能r复合材料的性能由组成它的

3、增强材料及基体二部分决定i这二种材料的有机搭配，可充分发挥组成材料的各自优点，克服缺点，形成一种新的性能上互补的复台材料。CFRTP是以碳纤维作增强材料，热塑性树腊作基体的复合材料。本文介绍的是短碳纤维增强热塑性树脂。基体可选材料较多，一一般有尼龙(BA)、ABS、聚甲醛(POM)、聚碳酸脂(PC)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(PI)等。2．1cFR]限的物理性能及力学性能经cF增强后的热塑性树脂，其性能大大超过基体材料本身的性能(见表I)。从表中可知，CF增强后的复合材料其性能大大提高．以cF增强尼龙66为例，抗拉、抗弯强度增加了三倍

4、，模量增加了7～8倍，随之材料的比强度、比模量也大幅度提高。2．2CFRTP的热学性能．碳纤维具有优异的热学性能，它热导高，熟膨胀小，耐高温。用碳纤维增强热塑性树脂后，175表l碳纤维增强热塑性树脂的物理及力学性能CF增强尼龙66CF增强聚碳酸脂CF增强聚苯撑硫西p～趔堂30％CF30％CF30％CF密度，g／crn31．2S(1．14)133(1．20)1．45(1．34)吸水率，％0．5(1．5)0．04(O．15)0．04(0．20)抗拉强度，MPa(23"C)24l(81)168(66)186(74)伸长率，％3～4(10)2～7(90)2～3(3～4

5、)抗弯强度，MPa(23"C)35l(103)248(93)234(138)抗弯模量，GPa(23。C)20(2．8)13．2(2T3)15．2(4．1)冲击强度(无缺口)，2／M70(48)68(69)59(16)注：表中括号内数据为未增强的基体性能。表2珏{纤维增强热塑眭树船的热性能i尼龙66CF增强聚碳酸脂CF增强聚苯撑硫}‘CF30％30％CFL66)155(129)260(】37)：3．24)0．54(o．19)0．75(0．29)F．1)2(6．75)注：表中括号内数据为未增强基体tE能l洒N型表3碳纤维增强热塑性树脂的电性能聚碳酸脂尼龙66ABS

6、聚缩醛30％CF30％CF30％CF30％CFl电阻率，Q·cm18(1015、3(1015)3．6(1015)7(1014)注：表中括号内数据为未增强的基体性能。制成的复合材料，其热学性能也大大改善(见表2)。以cF增强尼跫5为例，热变形温度高于基体热变形温度4倍，热导提高4倍，热膨胀系数减小4倍，性能的改善是显著的。由于CFRTP热学性能的提高，使塑料的应用范B1更加广泛。2．3CFRTP的电性能及耐辐射性能碳纤维是导电材料，且耐辐射性能优良，用碳纤维增强热塑性树脂后，使复合材料电性能、耐辐射性大大提高(见表3)。在未加入碳纤维之前，几乎所有热塑性树腊均为

7、绝缘体，加入碳纤维后的复合材料变成导体，电阻率的高低随碳纤维的加入量而变，碳纤维岔量越高，复合材料的电阻率越低。当CFRTP变为导体时，它具有抗静电功能，克服了一般塑料带静电的缺点，使其在许多领域可以扩大应用，如印刷、化工、造纸、电子器材等。CFRTP材料具有优良的抗辐射性能，经Ⅸ．期辐照，强度下降程度比纯树脂材料小得多。它对x光的吸收率很低，透x光世萄，能阻I÷中f射线通过，它的这种性能在医疗器械上有广泛应用。2．4CFRTP的摩擦性熊176碳纤维是一种耐摩材料，以它增强热塑睦树艏后，其复台材料的摩撩洼能有明显改善，见表4。碳纤维增强后，复合材料的摩擦系数变

8、小，PV极限渣增加了8～10倍，使复合