印象中我國的復合材料發(fā)展是近30年才開始真正發(fā)展起來的，與世界一流水平還有較大的差距。復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)的應用中備受青睞。復合材料包羅萬象，當下較為熱門的是玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維與多種樹脂融合后形成的高性能復合材料，其中碳纖維和特種塑料的組合方式被認為是具有極高應用價值的一個研究方向。本文將介紹其中的一種，即熱塑性碳纖維聚酰胺復合材料（CF/PA6），主要介紹該型復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合材料的界面粘接效果
　　
　　熱塑性基體較熱固性基體，在浸潤碳纖維方面天然存在劣勢，而纖維與基體的界面粘接程度高低，直接決定了纖維應力向基體的傳遞效果，簡單來說就是基體與碳纖維界面的浸潤是否充分，直接關乎后續(xù)復合材料的整體機械性能。在當下技術尚未成熟的情況下，需要對熱塑性碳纖維復合材料的應用環(huán)境進行更深入的研究，避免如溫度和水分等因素可能對熱塑性碳纖維產品帶來不可逆的損傷。
　　
 
　　有研究人員認為，熱塑性碳纖維層壓板長時間暴露在循環(huán)水環(huán)境中，會對板材的性能造成一定的負面影響，分析認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較多裂紋，水分沿纖維和基體之間的界面發(fā)生擴散，從而降低了界面的粘接能力。同樣也有研究人員認為，熱處理也會引發(fā)同樣的問題。智上新材料認為，想要找到正確的答案，需要進行較為科學的測試方法，來探究其中存在的奧秘。
　　
 
　　針對熱塑性CF/PA6層壓板的多項測試
　　
　　1、拉伸試驗：拉伸試驗基于ASTM D3039-08，使用通用測試機，配備250kN負載元件，橫向速度恒定為1mm·min-1在室溫下（23±0.5℃），用伸長儀測量了CF/PA6層壓板的拉伸應變。
　　
　　2、三點彎曲試驗：彎曲試驗基于ASTM D790-07進行，使用三點彎曲試驗，測量每種類型的層壓板的至少5個試樣。
　　
　　3、傅里葉變換紅外光譜學：FTIR在Perkin Elmer光譜儀上評估其化學結構，驗證了基質降解的作用。
　　
　　4、光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察：采用光學顯微鏡和掃描電鏡觀察的方法研究斷裂行為，并解釋斷裂機理。
　　
 
　　溫度和水分對熱塑性CF/PA6性能影響的研究結果
　　
　　1、0°方向的拉伸結果：CF/PA6層壓板的平均抗彎模量、強度和極限應變分別為120GPa、1840MPa和1.38%。結果表明，0°方向上CF/PA6層壓板在失效前具有良好的一致性。
　　
 
　　2、0°方向的彎曲結果：由于纖維以載荷為主，彎曲應力與彎曲應變之間存在線性關系，其平均彎曲模量和強度分別為112GPa和1512MPa。
　　
　　3、0°方向熱空氣暴露中的彎曲結果：在熱空氣暴露前后，CF/PA6層壓板的模量和強度都沒有很大的差異，而在80℃和98℃熱空氣暴露一個月后，CF/PA6層壓板的模量分別降低了4%和3%，同時強度分別下降了約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果：CF/PA6層壓板的彎曲模量下降了約3~8%，強度下降了約48~53%，而且98℃水溫下的彎曲強度下降比80℃水溫下的彎曲強度更低。
　　
 
　　5、90°方向熱空氣暴露和熱水浸泡的彎曲結果：與0°方向類似，在熱空氣暴露中CF/PA6層壓板的彎曲模量和強度的下降并不明顯，但在熱水浸泡后彎曲模量降低了約46~59%，而彎曲強度下降了約33~42%，下降幅度較大。分析原因為樹脂基體長時間在水中浸泡后，會吸收水分發(fā)生膨脹，導致纖維基體的界面粘接能力下降，從而影響整體力學性能。
　　
 
　　6、熱空氣和熱水對PA6樹脂的影響：熱風暴露中PA樹脂的彎曲模量和強度變化不大，但在熱水浸泡中的PA6樹脂的彎曲模量和下降約67~69%，彎曲強度下降約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：在熱水浸泡過程中，PA6樹脂的酰胺鍵（-CONH-）被羧酸鹽（-COOM）取代，導致其平均分子量的降低，從而導致PA6樹脂的力學性能下降。
　　
 
　　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，可以觀察到相對脆性的斷裂面，而熱水浸泡后彎曲斷裂時，截面呈現纖維表面光滑、塑性變形、基體顫動等韌性特征。
 
　　結果總結：溫度（熱空氣）對CF/PA6層壓板的彎曲性能沒有明顯的負面影響，但熱空氣與水分的混合作用時會對CF/PA6層壓板的機械性能造成嚴重的負面影響，根本原因在于熱水浸泡后纖維與樹脂基體的界面粘合能力大幅下降。智上新材料認為，只有保持嚴謹的態(tài)度，采用科學的方法，才能在找到技術上的不足，實實在在的推動復合材料行業(yè)的發(fā)展。