印象中我國(guó)的復(fù)合材料發(fā)展是近30年才開(kāi)始真正發(fā)展起來(lái)的，與世界一流水平還有較大的差距。復(fù)合材料憑借較高的比剛度、能量吸收效果、熱穩(wěn)定性和較好的耐疲勞性等原因，在工業(yè)行業(yè)的應(yīng)用中備受青睞。復(fù)合材料包羅萬(wàn)象，當(dāng)下較為熱門(mén)的是玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維與多種樹(shù)脂融合后形成的高性能復(fù)合材料，其中碳纖維和特種塑料的組合方式被認(rèn)為是具有極高應(yīng)用價(jià)值的一個(gè)研究方向。本文將介紹其中的一種，即熱塑性碳纖維聚酰胺復(fù)合材料（CF/PA6），主要介紹該型復(fù)合材料在高溫潮濕環(huán)境下是否能保持性能穩(wěn)定性。
　　
 
　　高溫和潮濕或降低熱塑性碳纖維復(fù)合材料的界面粘接效果
　　
　　熱塑性基體較熱固性基體，在浸潤(rùn)碳纖維方面天然存在劣勢(shì)，而纖維與基體的界面粘接程度高低，直接決定了纖維應(yīng)力向基體的傳遞效果，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是基體與碳纖維界面的浸潤(rùn)是否充分，直接關(guān)乎后續(xù)復(fù)合材料的整體機(jī)械性能。在當(dāng)下技術(shù)尚未成熟的情況下，需要對(duì)熱塑性碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行更深入的研究，避免如溫度和水分等因素可能對(duì)熱塑性碳纖維產(chǎn)品帶來(lái)不可逆的損傷。
　　
 
　　有研究人員認(rèn)為，熱塑性碳纖維層壓板長(zhǎng)時(shí)間暴露在循環(huán)水環(huán)境中，會(huì)對(duì)板材的性能造成一定的負(fù)面影響，分析認(rèn)為可能是纖維與基體之間的界面脫鍵，基體本身的性能降解或者基體出現(xiàn)較多裂紋，水分沿纖維和基體之間的界面發(fā)生擴(kuò)散，從而降低了界面的粘接能力。同樣也有研究人員認(rèn)為，熱處理也會(huì)引發(fā)同樣的問(wèn)題。智上新材料認(rèn)為，想要找到正確的答案，需要進(jìn)行較為科學(xué)的測(cè)試方法，來(lái)探究其中存在的奧秘。
　　
 
　　針對(duì)熱塑性CF/PA6層壓板的多項(xiàng)測(cè)試
　　
　　1、拉伸試驗(yàn)：拉伸試驗(yàn)基于ASTM D3039-08，使用通用測(cè)試機(jī)，配備250kN負(fù)載元件，橫向速度恒定為1mm·min-1在室溫下（23±0.5℃），用伸長(zhǎng)儀測(cè)量了CF/PA6層壓板的拉伸應(yīng)變。
　　
　　2、三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)：彎曲試驗(yàn)基于ASTM D790-07進(jìn)行，使用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，測(cè)量每種類(lèi)型的層壓板的至少5個(gè)試樣。
　　
　　3、傅里葉變換紅外光譜學(xué)：FTIR在Perkin Elmer光譜儀上評(píng)估其化學(xué)結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證了基質(zhì)降解的作用。
　　
　　4、光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察：采用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡觀察的方法研究斷裂行為，并解釋斷裂機(jī)理。
　　
 
　　溫度和水分對(duì)熱塑性CF/PA6性能影響的研究結(jié)果
　　
　　1、0°方向的拉伸結(jié)果：CF/PA6層壓板的平均抗彎模量、強(qiáng)度和極限應(yīng)變分別為120GPa、1840MPa和1.38%。結(jié)果表明，0°方向上CF/PA6層壓板在失效前具有良好的一致性。
　　
 
　　2、0°方向的彎曲結(jié)果：由于纖維以載荷為主，彎曲應(yīng)力與彎曲應(yīng)變之間存在線性關(guān)系，其平均彎曲模量和強(qiáng)度分別為112GPa和1512MPa。
　　
　　3、0°方向熱空氣暴露中的彎曲結(jié)果：在熱空氣暴露前后，CF/PA6層壓板的模量和強(qiáng)度都沒(méi)有很大的差異，而在80℃和98℃熱空氣暴露一個(gè)月后，CF/PA6層壓板的模量分別降低了4%和3%，同時(shí)強(qiáng)度分別下降了約3.4%和6.8%，總體下降幅度不算特別大。
　　
 
　　4、0°方向熱水浸泡后的彎曲結(jié)果：CF/PA6層壓板的彎曲模量下降了約3~8%，強(qiáng)度下降了約48~53%，而且98℃水溫下的彎曲強(qiáng)度下降比80℃水溫下的彎曲強(qiáng)度更低。
　　
 
　　5、90°方向熱空氣暴露和熱水浸泡的彎曲結(jié)果：與0°方向類(lèi)似，在熱空氣暴露中CF/PA6層壓板的彎曲模量和強(qiáng)度的下降并不明顯，但在熱水浸泡后彎曲模量降低了約46~59%，而彎曲強(qiáng)度下降了約33~42%，下降幅度較大。分析原因?yàn)闃?shù)脂基體長(zhǎng)時(shí)間在水中浸泡后，會(huì)吸收水分發(fā)生膨脹，導(dǎo)致纖維基體的界面粘接能力下降，從而影響整體力學(xué)性能。
　　
 
　　6、熱空氣和熱水對(duì)PA6樹(shù)脂的影響：熱風(fēng)暴露中PA樹(shù)脂的彎曲模量和強(qiáng)度變化不大，但在熱水浸泡中的PA6樹(shù)脂的彎曲模量和下降約67~69%，彎曲強(qiáng)度下降約77~80%，表明水分子減弱了PA6的分子間摩擦，從而增加了分子的遷移率，影響了復(fù)合材料中碳纖維與PA6的分子鍵合效果。
　　
　　7、傅里葉變換紅外光譜分析：在熱水浸泡過(guò)程中，PA6樹(shù)脂的酰胺鍵（-CONH-）被羧酸鹽（-COOM）取代，導(dǎo)致其平均分子量的降低，從而導(dǎo)致PA6樹(shù)脂的力學(xué)性能下降。
　　
 
　　8、0°和90°方向彎曲斷裂截面狀態(tài)：熱空氣暴露下的CF/PA6層壓板的彎曲斷裂后，可以觀察到相對(duì)脆性的斷裂面，而熱水浸泡后彎曲斷裂時(shí)，截面呈現(xiàn)纖維表面光滑、塑性變形、基體顫動(dòng)等韌性特征。
 
　　結(jié)果總結(jié)：溫度（熱空氣）對(duì)CF/PA6層壓板的彎曲性能沒(méi)有明顯的負(fù)面影響，但熱空氣與水分的混合作用時(shí)會(huì)對(duì)CF/PA6層壓板的機(jī)械性能造成嚴(yán)重的負(fù)面影響，根本原因在于熱水浸泡后纖維與樹(shù)脂基體的界面粘合能力大幅下降。智上新材料認(rèn)為，只有保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，采用科學(xué)的方法，才能在找到技術(shù)上的不足，實(shí)實(shí)在在的推動(dòng)復(fù)合材料行業(yè)的發(fā)展。