熱塑性碳纖維復(fù)合材料可能是未來20年內(nèi)復(fù)合材料技術(shù)研究的重要方向，憑借高斷裂韌性、快速加工成型、可重塑加工和可回收重塑等優(yōu)勢，可能將碳纖維及相關(guān)產(chǎn)業(yè)推向更高效和更環(huán)保的高度。智上新材結(jié)合國外專業(yè)論文，以熱塑性碳纖維聚丙烯（CF/PP）復(fù)合材料為主，介紹在碳纖維表面涂覆處理劑，和使用馬來化處理的聚丙烯樹脂，通過特殊編織工藝，再經(jīng)過壓縮成型后，測試其界面性能的變化，以及樹脂浸潤碳纖維的效果變化。
　　
 
　　不同類型處理劑的CF和馬來化PP，制備對應(yīng)CF/PP并測試性能
　　
　　1、基礎(chǔ)材料：增強(qiáng)體方面選擇表面涂覆不同類型和用量的處理劑的碳纖維，樹脂選擇聚丙烯（PP）纖維和馬來化處理的聚丙烯（MAPP）。
　　
 
　　2、微滴測試：采用微滴測試的方式評估CF/PP復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度，界面剪切強(qiáng)度（τ）通過公式1計(jì)算： τ = F / πdl 。其中，F(xiàn)為最大載荷，πd為纖維周長，l 為嵌入纖維長度。通過顯微鏡圖像表征纖維周長和嵌入長度的值。
　　
 
　　3、CF/PP浸潤測算：通過特殊編織技術(shù)，將表面有處理劑的碳纖維和聚丙烯（PP）纖維編織起來，形成微編織紗（MBY），將CF/PP MBY中的體積分?jǐn)?shù)（Vf）調(diào)整為40%左右，利用設(shè)備制備成單向熱塑性碳纖維CF/PP復(fù)合材料，然后沿垂直纖維方向切割，通過光學(xué)顯微鏡觀察復(fù)合材料的橫截面，并利用軟件計(jì)算未浸潤的比例。
　　
　　CF表面處理劑和馬來化PP對界面性能和浸潤的影響結(jié)果
　　
 
　　1、界面剪切強(qiáng)度和表面處理劑：測試發(fā)現(xiàn)，界面剪切強(qiáng)度會隨著碳纖維表面處理劑含量的增加而逐步下降，這是因?yàn)楸砻嫣幚韯┮种屏薈F和PP之間的界面粘結(jié)能力。
　　
 
　　2、界面剪切強(qiáng)度與PP/MAPP：測試中對比了CF/PP、CF/MAPP和CF/PA這3種熱塑性碳纖維，3種熱塑性碳纖維的界面剪切強(qiáng)度都隨著表面處理劑的增加而下降，界面剪切強(qiáng)度數(shù)據(jù)上從弱到強(qiáng)依次為：CF/PP、CF/MAPP和CF/PA。
　　
 
　　3、浸潤效果與處理劑含量/成型時(shí)間：上圖中所示，透明圓圈環(huán)狀為樹脂浸潤碳纖維部分，圓圈中黑色區(qū)域?yàn)槲唇櫜糠帧１砻嫣幚韯┖?.1%，成型時(shí)間5分鐘，觀察到未浸潤部分，隨著成型時(shí)間逐步提升至40分鐘，未浸潤部分仍然存在，說明浸潤不徹底。表面處理劑含量0.2%，成型時(shí)間5分鐘，觀察到未浸潤部分，隨著成型時(shí)間逐步提升至10分鐘，黑色部分消失，說明充分浸潤了碳纖維。浸潤效果隨著表面處理劑含量降低而提升，隨著成型時(shí)間增加而提升。
　　
 
　　4、CF/PP和CF/MAPP浸入效果：上圖中展示了CF/PP和CF/MAPP在不同成型時(shí)間下的橫截面，CF/MAPP觀察到比CF/PP更大的未浸漬區(qū)域，說明前者的浸潤效果更差，但對應(yīng)的界面剪切強(qiáng)度也更高。
　　
 
　　5、接觸角和潤濕能力：上圖中展示了CF/PP和CF/MAPP的接觸角，CF/MAPP的接觸角高于CF/PP的接觸角，表明使用馬來化聚丙烯的潤濕能力較差，對應(yīng)的浸潤效果也較差。
　　
 
　　在對熱塑性CF/PP復(fù)合材料的研究中發(fā)現(xiàn)，碳纖維表面處理劑含量越低，界面剪切強(qiáng)度越高，樹脂浸潤效果越好；而馬來化聚丙烯樹脂會提升界面剪切強(qiáng)度，但會降低樹脂浸潤效果。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，智上新材發(fā)現(xiàn)不管是對碳纖維進(jìn)行表面處理，還是對樹脂進(jìn)行化學(xué)處理，都需要適度，否則只會制備出性能更差的熱塑性碳纖維復(fù)合材料。