碳纖維是不可多得的高性能材料，對(duì)于它的研究從百年之前已經(jīng)開始，如今的碳纖維技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)得到了全球多個(gè)國(guó)家的支持。碳纖維本身柔軟難以塑形，因此將之改性，并與塑料、樹脂、金屬、陶瓷等基材復(fù)合，可以獲得更加卓越的綜合性能，以及符合工業(yè)應(yīng)用的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。
　　
碳纖維改性熱塑性樹脂復(fù)合材料的5個(gè)方向
 
　　碳纖維改性樹脂是較為成功的復(fù)合材料，當(dāng)下主流的是熱固性碳纖維復(fù)合材料，樹脂包括環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等。熱塑性樹脂與碳纖維融合的難度較高，但總體性能表現(xiàn)更好，是未來碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。在目前的工業(yè)技術(shù)水平之下，碳纖維改性熱塑性樹脂復(fù)合材料的研究已經(jīng)取得了不小的成果，不少高性能的連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料已經(jīng)成功落地，如智上新材料出品的CF/PPS、CF/PEEK單向帶等。
　　
　　碳纖維改性熱塑性樹脂復(fù)合材料的5個(gè)方向
　　
碳纖維改性熱塑性樹脂復(fù)合材料的5個(gè)方向
 
　　1、碳纖維改性聚丙烯樹脂復(fù)合材料
　　
　　聚丙烯(PP)是汽車、家電等領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的聚合物材料，就中國(guó)國(guó)內(nèi)的PP年產(chǎn)量已經(jīng)超過100萬噸/年。利用碳纖維對(duì)聚丙烯樹脂進(jìn)行改性，可以顯著提高復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛性，除此之外，碳纖維的加入對(duì)PP材料的流動(dòng)性和結(jié)晶性也有比較大的影響。
　　
　　碳纖維改性PP材料通常采用熔融共混的加工方式實(shí)現(xiàn)，加工工藝主要包括：雙螺桿擠出工藝和長(zhǎng)纖維增強(qiáng)工藝兩種。碳纖維改性之后的材料性能受到碳纖維的添加量、纖維長(zhǎng)度、相容劑、纖維的表面處理等因素的影響。
　　
　　目前，通過長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的PP復(fù)合材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車、船舶等領(lǐng)域。然而由于PP基材與碳纖維之間的相容性較差，要得到力學(xué)性能優(yōu)異的復(fù)合材料需要對(duì)碳纖維進(jìn)行復(fù)雜的表面處理工藝，這極大的增加了加工成本和加工難度。
　　
碳纖維改性熱塑性樹脂復(fù)合材料的5個(gè)方向
 
　　2、碳纖維改性聚氯乙烯樹脂復(fù)合材料
　　
　　聚氯乙烯(PVC)是我國(guó)產(chǎn)量最大的通用樹脂之一，它的主要優(yōu)點(diǎn)包括：成本低、電絕緣性好、耐化學(xué)性好、成型工藝簡(jiǎn)單等。但它的本身的一些缺點(diǎn)如：韌性不好、沖擊強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性低、加工性能差等一系列問題限制了其在一些條件要求嚴(yán)格領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　
　　經(jīng)過碳纖維改性的PVC材料可以有效的提高PVC基材的拉伸強(qiáng)度、表面硬度和彎曲強(qiáng)度等，適合于制備各種PVC板材和管材。
　　
　　碳纖維絲與PVC基材的相容性更好，所得到復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度都比PVC基材很大程度的提高。由于PVC基材的熱穩(wěn)定性差，熔融浸漬或者共混的加工方式容易使基材發(fā)生降解，因此，碳纖維改性的PVC材料目前都通常采用層壓的加工方式。
　　
 
　　3、碳纖維改性聚碳酸酯樹脂復(fù)合材料
　　
　　聚碳酸酯(PC)是一種應(yīng)用廣泛的工程塑料，它具有沖擊強(qiáng)度高、透明性好等特點(diǎn)，將碳纖維與PC復(fù)合后，可進(jìn)一步提高PC的各種性能，擴(kuò)展它的應(yīng)用領(lǐng)域。
　　
　　有研究表明，碳纖維添加量在20%以下時(shí)對(duì)材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量都有顯著的增強(qiáng)作用，材料的沖擊強(qiáng)度在碳纖維含量為6%左右達(dá)到最大值。碳纖維含量在10%一20%之間時(shí)材料的表面電阻率可以達(dá)到8×10Q·cm,具有優(yōu)異的抗靜電性能。
　　
　　聚碳酸酯(PC)與碳纖維復(fù)合后還可以賦予聚合物基材以電磁屏蔽的作用，但是屏蔽效率并不高，需要加入其他一些導(dǎo)電率高的金屬纖維或粉末以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)電磁屏蔽材料所需要的屏蔽效能。碳纖維或者金屬鍍層的碳纖維與金屬粉末、石墨烯、導(dǎo)電炭黑等復(fù)配后可以在復(fù)合材料中起到搭橋作用提高材料的電磁屏蔽性能。
　　
碳纖維改性熱塑性樹脂復(fù)合材料的5個(gè)方向
 
　　4、碳纖維改性聚酰胺樹脂復(fù)合材料
　　
　　聚酰胺（PA）本身就是性能優(yōu)異的工程塑料，但由于這個(gè)材料的結(jié)晶度高、吸濕性大，制品尺寸穩(wěn)定性差，強(qiáng)度和硬度也不如金屬，實(shí)際應(yīng)用過程中這類材料同常需要采用玻璃纖維或者碳纖維進(jìn)行增強(qiáng)處理。
　　
　　采用碳纖維增強(qiáng)改性后，可以極大的提高PA的力學(xué)性能，改性后既可作為結(jié)構(gòu)材料承受載荷，又可作為功能材料發(fā)揮作用。目前，對(duì)于碳纖維改性PA的研究大部分都集中在碳纖維表面改性對(duì)復(fù)合材料界面和性能的影響上。
　　
　　有研究表明，碳纖維表面氧化處理提高了碳纖維與PA1010的粘結(jié)力；隨著碳纖維體積分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的抗拉伸強(qiáng)度和洛氏硬度先增加后下降，當(dāng)碳纖維體積分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，材料的抗拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大值；除此之外，材料的摩擦系數(shù)隨著碳纖維的體積分?jǐn)?shù)的增加而降低，當(dāng)CF體積分?jǐn)?shù)達(dá)到20%時(shí)，摩擦系數(shù)穩(wěn)定在0.24左右。
　　
 
　　5、碳纖維改性特種工程塑料復(fù)合材料
　　
　　特種工程塑料是指綜合性能更高，長(zhǎng)期使用溫度在150℃以上的工程塑料，這類材料主要包括：PEEK、PPS、TPI等。大部分的特種工程塑料可以作為玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合料的基體材料。碳纖維增強(qiáng)特種工程塑料具有優(yōu)良的力學(xué)性能和加工性能，可以在航天、海洋或者醫(yī)療等應(yīng)用領(lǐng)域完全取代熱固性樹脂甚至金屬材料。
　　
　　A、碳纖維增強(qiáng)的聚醚醚酮(PEEK)是目前極限耐熱溫度最高的熱塑性塑料，其長(zhǎng)期使用溫度可以達(dá)到250℃，即使溫度高達(dá)到300℃時(shí)，仍可保持非常好的力學(xué)性能。碳纖維改性聚醚醚酮材料不但可以提高材料的強(qiáng)度和剛性，還能賦予這類材料導(dǎo)電性和耐磨性的特性。
　　
　　B、熱塑性聚酰亞胺(TPI)具有突出的熱穩(wěn)定性，良好的抗沖擊、抗輻射和耐溶劑性能等特點(diǎn)，除此之外，這類材料在高溫、高低壓和高速等極端環(huán)境下具有優(yōu)異的耐摩擦磨損性能，采用碳纖維進(jìn)行增強(qiáng)后，可進(jìn)一步提高這類材料的應(yīng)用性能，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。
　　
　　C、聚苯硫醚(PPS)是一種半結(jié)晶熱塑性樹脂，具有卓越的力學(xué)性能、耐化學(xué)侵蝕性、自阻燃性等特點(diǎn)，除此之外，這類材料對(duì)無機(jī)礦物和有機(jī)纖維的相容性較好，適合制備各種填充量比較高的復(fù)合材料。熱塑性碳纖維聚苯硫醚復(fù)合材料有很好的力學(xué)性能及優(yōu)良的耐溶劑性，PPS與碳纖維之間的粘結(jié)性能優(yōu)良，不過的各項(xiàng)力學(xué)性能受到碳纖維布體積分?jǐn)?shù)的影響很大。當(dāng)碳纖維布體積分?jǐn)?shù)低于50%時(shí)，復(fù)合材料的各項(xiàng)力學(xué)性能均隨著碳纖維布體積分?jǐn)?shù)的增大有很大程度的提高。
　　
　　不同方向的熱塑性樹脂融合碳纖維后，表現(xiàn)出來的性能存在高低差距，同時(shí)在制備及后續(xù)的加工中也存在各項(xiàng)差異，只有通過不斷的嘗試，才能找到最優(yōu)解，推動(dòng)整個(gè)碳纖維產(chǎn)業(yè)進(jìn)入下一個(gè)階段。目前CF/PPS、CF/PEEK等幾款熱塑性碳纖維復(fù)合材料已經(jīng)被證實(shí)在性能端、生產(chǎn)端和回收端都具備較好的表現(xiàn)，是短期內(nèi)可以深入研究開發(fā)的重要部分。智上新材料在過去的幾年中，一直嘗試將連續(xù)碳纖維與這幾款熱塑性樹脂更好的融合，打造物理形態(tài)更穩(wěn)定且機(jī)械性能更優(yōu)秀的單向帶產(chǎn)品，隨著技術(shù)的改進(jìn)和設(shè)備的調(diào)試，已經(jīng)具備量產(chǎn)該類型產(chǎn)品的能力。