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熱塑性碳纖維和熱固性碳纖維有哪些區(qū)別

2023-02-07 09:26:44
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熱塑性碳纖維和熱固性碳纖維有哪些區(qū)別介紹：

碳纖維復合材料的主體性能是高的比強度（強度/密度）和比模量（模量/密度），可以用來制造輕而強、薄而剛的結(jié)構(gòu)件，如無人機、醫(yī)療床板、體育器材等。隨著科學的進步和技術(shù)的發(fā)展以及市場的需求，要求碳纖維復合材料具備更多的功能特性，如耐磨性、電磁屏蔽性、耐熱性等。


為了適應各種領(lǐng)域的需求，碳纖維復合材料主要有碳纖維增強熱固性樹脂復合材料（CFRTS）、熱塑性樹脂復合材料（CFRTP)、碳纖維增強碳基復合材料（C/C）、碳纖維增強金屬基復合材料（CFRM）、碳纖維增強陶瓷基復合材料（CFRC)和碳纖維增強橡膠復合材料（CFRR）等，在我們的產(chǎn)品應用中，用的比較多的是碳纖維增強樹脂基復合材料，今天主要為大家來做個簡單的敘述。


碳纖維增強樹脂基復合材料所用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)。熱固性樹脂由反應性低分子量預聚體或者帶有活性基團高分子量聚合物組成；成型過程中，在固化劑或熱作用下進行交聯(lián)、縮聚，形成不溶不熔的交聯(lián)體型結(jié)構(gòu)。其中，具有代表性的熱固性樹脂是環(huán)氧樹脂，活性環(huán)氧基與固化劑作用生成固態(tài)體型結(jié)構(gòu)。


熱塑性樹脂由線型高分子量聚合物組成，在一定條件下溶解和熔融，只發(fā)生物理變化，如通用熱塑性樹脂聚乙烯、尼龍等。當加熱溫度超過玻璃化溫度Tg時，開始軟化、熔融，利用這一特性進行深加工；高性能熱塑性樹脂如聚醚醚酮(PEEK)，耐熱性好，成型工藝比較難，價格昂貴，一般用于航空航天與高端醫(yī)療。


熱固性樹脂主要有環(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)氧樹脂牌號多，用途廣，是當前ACM所用基體樹脂的主體。環(huán)氧樹脂是一種具有環(huán)氧集團的低聚物，與固化劑作用是，可形成三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)的固體。它之所以能夠得到廣泛應用因其兼?zhèn)浜芏鄡?yōu)勢。


環(huán)氧樹脂在化學結(jié)構(gòu)方面具有活性環(huán)氧基、羥基和醚基等，具有強的粘接力，可將增強纖維牢固地粘接為一體，使其成為承載外力的整體；在碳纖維環(huán)氧樹脂基復合材料固化的過程中可以生成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，交聯(lián)密度高，固化收縮率?。ㄒ话阈∮?%）。


具有較高的強度、模量和較大的伸長，有利于提高ACM的力學性能；耐熱抗寒，可在-50~180℃的溫度范圍內(nèi)使用，熱膨脹系數(shù)小，近乎為“0”；成型工藝好，技術(shù)成熟，并且耐酸堿鹽等腐蝕。熱固性碳纖維復合材料的缺點是耐候性、韌性差，產(chǎn)品一旦出現(xiàn)裂縫，幾乎很難修復，重復利用率低。


為了使熱固性樹脂與熱塑性樹脂在性能上互補，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浸料。一直以來，囿于制造技術(shù)和應用成本，熱塑性碳纖維復合材料主要用在航空航天領(lǐng)域，僅有少數(shù)幾種熱塑性碳纖維復合材料在汽車制造領(lǐng)域有所應用。


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