熱固性碳纖維復(fù)合材料是目前應(yīng)用范圍和接納程度較高的一種復(fù)合材料，與之相比，熱塑性碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用就少了許多，主要是因為后者的制備難度和生產(chǎn)成本太高。不過熱塑性碳纖維復(fù)合材料有快速成型、易回收等優(yōu)勢，一旦技術(shù)條件成熟，可能是未來幾十年復(fù)合材料發(fā)展的主要趨勢之一。熱塑性碳纖維復(fù)合材料中使用的樹脂，包含聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚酰胺、聚酰亞胺、聚醚砜等，本文將以熱塑性碳纖維聚酰胺（CF/PA6）復(fù)合材料為例，介紹其吸濕前后的性能對比情況。
　　
 
　　聚酰胺，又名尼龍，是目前工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的一種熱塑性樹脂，尼龍6、尼龍66是性能較為出色的2種。PA6是一種半結(jié)晶性的熱塑性樹脂，可以與玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等復(fù)合，可應(yīng)用在汽車制造領(lǐng)域，以汽車非承力部件應(yīng)用居多。不過連續(xù)碳纖維熱塑性聚酰胺復(fù)合材料的制備正在逐步成熟，未來該型復(fù)合材料的應(yīng)用范圍將會得到擴展。
　　
　　CF/PA6熱塑性復(fù)合材料吸濕前后的性能對比
　　
　　CF/PA6熱塑性復(fù)合材料應(yīng)用在汽車上，必然需要應(yīng)對雨雪天氣帶來的負面影響，可能會出現(xiàn)被雨水打濕的情況，因此在實驗階段可能需要進行一定的吸濕處理，監(jiān)測該型復(fù)合材料在性能上是否發(fā)生較大變化。目前吸濕對復(fù)合材料性能的影響大多還集中在熱固性復(fù)合材料或短纖維增強熱塑性復(fù)合材料，關(guān)于吸濕對連續(xù)碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料的影響公開報道相對較少。
 
　　測試基礎(chǔ)介紹：首先將預(yù)定鋪層的 CF/PA6預(yù)浸料進行紅外加熱至260℃,然后迅速轉(zhuǎn)移至壓機模具中進行快速模壓成型，模具溫度為 165℃，壓力為7MPa,保壓時間分別為30秒(C1樣品)、150秒(C2樣品)、600秒(C3樣品)，脫模后將試件放置在鋁板上冷卻至室溫。然后將CF/PA6復(fù)合材料樣品條浸泡在90℃恒溫水浴鍋中進行吸濕處理40小時，擦干試件表面水分后進行力學(xué)性能測試，結(jié)果如下。
　　
CF/PA6熱塑性復(fù)合材料吸濕前后的性能對比
 
　　1、吸濕對 CF/PA6的0°拉伸性能的影響
　　
　　上圖為吸濕前后 CF/PA6復(fù)合材料的0°拉伸強度和模量?？梢?，吸濕導(dǎo)致C1、C2和C3樣品的拉伸強度分別降低了37%、10%和20%,但是對拉伸模量卻幾乎沒有影響，比吸濕前降低了0~0.6%。這是因為連續(xù) CF/PA6復(fù)合材料在0°方向的模量主要由碳纖維貢獻，吸濕并未改變碳纖維的模量值，所以吸濕后的CF/PA6復(fù)合材料模量幾乎沒有變化。
　　
　　但模量的分散性卻明顯變小，說明吸濕后 CF/PA6復(fù)合材料的界面非常差，能量全部由碳纖維單絲獨立承擔(dān)，而通過界面?zhèn)鬏d實現(xiàn)的纖維彼此間相互影響作用很小。同樣，強度發(fā)生降低也是由于吸濕降低了 CF/PA6復(fù)合材料的界面?zhèn)鬏d能力導(dǎo)致的。
　　
　　對比圖中模壓時間(C1、C2和C3)對 CF/PA6復(fù)合材料0°拉伸性能的影響，發(fā)現(xiàn)C1樣品吸濕前的強度表現(xiàn)出較大的離散性，吸濕后表現(xiàn)出最低的強度值，說明短模壓時間下C1樣品形成的界面最不均勻、與纖維作用的強度最不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致吸濕后傳載能力降低得最嚴重。
　　
CF/PA6熱塑性復(fù)合材料吸濕前后的性能對比
 
　　2、吸濕對 CF/PA6的90°拉伸性能的影響
　　
　　首先需要明確一點，在90°拉伸方向上，碳纖維幾乎不起任何承力作用，載荷全部由樹脂和界面承擔(dān)。上圖為吸濕前后 CF/PA6復(fù)合材料90°拉伸力學(xué)性能?？芍?，吸濕前 CF/PA6復(fù)合材料的90°拉伸強度在26~29 MPa之間，且隨著保壓時間的延長略有減小，但各試樣之間的差異并不大。說明在165℃的冷模壓溫度下，延長保壓時間對 CF/PA6復(fù)合材料界面和樹脂的性能影響并不明顯。
　　
　　C1樣品拉伸強度的分散性較其他樣品更大，與0°拉伸結(jié)果吻合，說明短的模壓時間下形成的 CF/PA6復(fù)合材料界面較長保壓時間的復(fù)合材料界面更不穩(wěn)定。模壓時間對模量的影響也很小，三者之間彼此接近。
　　
　　而在吸濕后可以明顯看出，各樣品的拉伸強度和模量均出現(xiàn)明顯下降，其中拉伸強度分別下降了35%、37% 和46%,拉伸模量分別下降了62%、64%和64%。說明吸濕對 CF/PA6復(fù)合材料的界面和 PA6基體產(chǎn)生了非常嚴重的影響。
　　
CF/PA6熱塑性復(fù)合材料吸濕前后的性能對比
 
　　3、吸濕對 CF/PA6彎曲性能的影響
　　
　　吸濕前后CF/PA6復(fù)合材料彎曲試樣如上圖所示，可以看出，吸濕前，三組樣條均出現(xiàn)彎折和脆斷兩種破壞模式，而吸濕后，所有樣條均未出現(xiàn)斷裂成兩半的現(xiàn)象。這說明吸濕使 CF/PA6 復(fù)合材料的彎曲脆性降低，韌性增加。
　　
CF/PA6熱塑性復(fù)合材料吸濕前后的性能對比
 
　　上圖為吸濕前后 CF/PA6復(fù)合材料彎曲性能?？芍?，無論是吸濕前還是吸濕后，三組樣品間的彎曲強度和彎曲模量差異都較小，但吸濕后各樣品的彎曲強度和彎曲模量均比吸濕前明顯降低，彎曲強度分別降低了57%、53%和61%,彎曲模量分別降低了23%、16%和28%。說明吸濕使 CF/PA6復(fù)合材料中的基體與基體間、基體與纖維間的作用強度變?nèi)?，高分子容易產(chǎn)生滑移和解纏，導(dǎo)致CF/PA6復(fù)合材料整體抵抗彎曲能力變?nèi)酰椅鼭駥姸鹊挠绊懕饶Ａ康挠绊懜用黠@。
　　
CF/PA6熱塑性復(fù)合材料吸濕前后的性能對比
 
　　4、吸濕對 CF/PA6層間剪切性能的影響
　　
　　上圖為吸濕前后 CF/PA6復(fù)合材料層間剪切性能?？芍?，吸濕前，CF/PA6單向復(fù)合材料的層間剪切強度在40~60 MPa間，且隨著保壓時間的增加而增加。這是由于隨著保壓時間的增加，PA6結(jié)晶時間得到了延長，增加了界面作用和基體自身強度，使最終的層間剪切強度增加。吸濕后，CF/PA6復(fù)合材料層間剪切強度較吸濕前降低了5%~31%。
　　
　　研究表明，CF/PA6復(fù)合材料在吸濕狀態(tài)下，0°方向的拉伸強度都有較大幅度的下降，而彈性模量下降不明顯，90°方向的拉伸強度和彈性模量均有較大幅度下降，彎曲強度和層間剪切強度同樣存在一定程度的下降。未來CF/PA6復(fù)合材料制品在實際應(yīng)用中，需要針對此情況做出一定的強化處理。