用碳纖維增強(qiáng)尼龍材料近年來(lái)發(fā)展很快，因?yàn)槟猃埡吞祭w維都是工程塑料領(lǐng)域性能優(yōu)異的材料，其復(fù)臺(tái)材料綜臺(tái)體現(xiàn)了二者的優(yōu)越性，如強(qiáng)度與剛性比未增強(qiáng)的尼龍高很多，高溫蠕變小，熱穩(wěn)定性顯著提高了，尺寸精度好，耐磨。阻尼性優(yōu)良，與玻纖增強(qiáng)相比有更好的性能。
因而碳纖維增強(qiáng)尼龍(CF／PA)復(fù)合材料近年來(lái)發(fā)展很快。目前國(guó)內(nèi)外CF／PA復(fù)合材料主要是以短切或長(zhǎng)碳纖維增強(qiáng)PA6、PA66等基體。
1、CCF／MCPA復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損量隨著載荷的增加而降低。
2、CCF／MCPA復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度、彎曲彈性模量、沖擊強(qiáng)度和平面剪切強(qiáng)度隨碳纖維含量的增加而提高。
3、CCF／MCPA復(fù)合材料其磨損機(jī)制主要是磨粒磨損和粘著磨損。
短碳纖維復(fù)合材料加工性好，長(zhǎng)碳纖維復(fù)合材料則具有較好的力學(xué)性能。而三維編織復(fù)合材料具有整體性和力學(xué)結(jié)構(gòu)合理兩大特點(diǎn)。三維編織復(fù)合材料作為一種結(jié)構(gòu)與功能完美結(jié)合的先進(jìn)紡織復(fù)合材料越來(lái)越受到人們的重視。
由于其異型件一次編織成型，纖維貫穿材料的三個(gè)方向形成三維整體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以從根本上解決了傳統(tǒng)復(fù)合材料沿厚度方向的剛度和強(qiáng)度性能較差，面內(nèi)剪切和層間剪切強(qiáng)度低，易分層且沖擊韌性和損傷容限低等缺點(diǎn)。


碳纖維具有質(zhì)輕、拉伸強(qiáng)度高、耐磨損、耐腐蝕、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱等特點(diǎn)，與玻璃纖維相比，模量高3~5倍，因而是一種獲得高剛性和高強(qiáng)度尼龍材料的優(yōu)良增強(qiáng)材料。碳纖維復(fù)合材料可分為長(zhǎng)（連續(xù)）纖維增強(qiáng)和短纖維增強(qiáng)兩大類。纖維長(zhǎng)度可從300~400m 到幾個(gè)毫米不等。過(guò)去10年中，人們?cè)诟倪M(jìn)不同種類的碳纖維復(fù)合材料加工方法和性能方面投入了大量的研究。從預(yù)浸樹(shù)脂到模塑法加工，從短纖維摻混塑料注射加工到層壓成型，在碳纖維復(fù)合材料及制品制作方面積累了很多成功的經(jīng)驗(yàn)。目前普遍認(rèn)為，長(zhǎng)（連續(xù)）纖維有高強(qiáng)、高韌方面的優(yōu)越性，短切纖維有加工性好的特點(diǎn)。因此，長(zhǎng)碳纖維復(fù)合材料在加工上完善成型工藝、短碳纖維復(fù)合材料進(jìn)一步提高力學(xué)性能是碳纖維復(fù)合材料發(fā)展的方向。
　　根據(jù)碳纖維長(zhǎng)度、表面處理方式及用量的不同，還可以制備綜合性能優(yōu)異、導(dǎo)電性能各異的導(dǎo)電材料，如抗靜電材料、電磁屏蔽材料、面狀發(fā)熱體材料、電極材料等。碳纖維增強(qiáng)尼龍材料近年來(lái)發(fā)展很快，因?yàn)槟猃埡吞祭w維都是各自領(lǐng)域性能優(yōu)異的材料，其復(fù)合材料綜合體現(xiàn)了二者的優(yōu)越性，強(qiáng)度與剛性比未增強(qiáng)的尼龍高很多，高溫蠕變小，熱穩(wěn)定性顯著提高，尺寸精度好，耐磨，阻尼性優(yōu)良，與玻纖增強(qiáng)尼龍相比有更好的綜合性能，如表所示。
注：（）內(nèi)為吸水時(shí)的值，無(wú)增強(qiáng)纖維時(shí)的含水率為2.5,含增強(qiáng)纖維15%、30%、40%時(shí)含水率分別為1.9%、
　　1.6%、 1.5%;線脹系數(shù)用流動(dòng)方向/垂直方向表示。
　　復(fù)合材料的力學(xué)性能主要與基礎(chǔ)樹(shù)脂、增強(qiáng)纖維性質(zhì)、纖維與樹(shù)脂界面的結(jié)合程度、成型擠出工藝、增強(qiáng)纖維的長(zhǎng)度及分布狀態(tài)有關(guān)。要想得到高強(qiáng)度的碳纖維增強(qiáng)PA66，應(yīng)盡量使碳纖維保持較大的長(zhǎng)徑比，在螺桿組合得當(dāng)?shù)那闆r下，保證碳纖維一定的長(zhǎng)度是有可能的，一般長(zhǎng)度分布在0.2~.30mm較大長(zhǎng)度在0.5mm。
　　碳纖維增強(qiáng)尼龍與玻璃纖維增強(qiáng)尼龍有很大差異。碳纖維不耐剪切，在螺桿組合設(shè)計(jì)上要保證剪切力適當(dāng)，使纖維長(zhǎng)度在要求的尺寸范圍內(nèi)。在熔融區(qū)要保證尼龍充分熔融，在捏合區(qū)要適當(dāng)減少捏合元件，以保證碳纖維有一定的長(zhǎng)度，才能產(chǎn)生較好的增強(qiáng)效果。在雙螺桿擠出中，在保證碳纖維在尼龍基體中分散良好的前提下，應(yīng)盡可能保證碳纖維有較大的長(zhǎng)徑比，以較大限度地發(fā)揮碳纖維的增強(qiáng)作用。
　　碳纖維是綜合性能很全面的材料之一，其價(jià)格也較為昂貴。使用碳纖維增強(qiáng)尼龍，在提高尼龍的多項(xiàng)性能的同時(shí)，也使得制成品的成本及加工難度相應(yīng)提高。因此在滿足使用條件及設(shè)計(jì)余量的情況下，碳纖維有一經(jīng)濟(jì)加入量。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)碳纖維加入量與制成的復(fù)合材料力學(xué)性能之間存在著圖所示的半定量關(guān)系。
碳纖維增強(qiáng)PA66和純PA66的剪切應(yīng)力隨剪切速率的提高而增大，在應(yīng)力相同的情況下，碳纖維增強(qiáng)PA66的剪切速率大于純PA66的剪切速率。由于在碳纖維增強(qiáng)PA66中， 碳纖維相當(dāng)于固體粒子，在一定的剪切應(yīng)力下有流動(dòng)滯后作用，從而表現(xiàn)出剪切速率比純PA66的要大。純PA66的表觀黏度隨剪切速率增加而減小，表現(xiàn)為假塑性特征。碳纖維與PA66分子間容易產(chǎn)生界面滑移，因而熔體黏度比純PA66低。但是，隨著剪切速率的增大， 一方面，固體粒子的流動(dòng)滯后作用變得明顯，另一方面，碳纖維的粒子尺寸受應(yīng)力作用而變小，粒子數(shù)增加，從而使得表觀黏度增加，這對(duì)加工不利。所以在制備碳纖維增強(qiáng)尼龍時(shí)要注意這一點(diǎn)。


目前短碳纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料在汽車工業(yè)、體育用品、紡織機(jī)械、航空航天材料等領(lǐng)域已得到應(yīng)用 ，但有關(guān)C3D／PA復(fù)合材料應(yīng)用方面的報(bào)道并不多。隨著制備工藝的完善，性能的提高，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)C3D／PA復(fù)合材料一定會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。
碳纖維/尼龍復(fù)合材料具備了代替金屬的優(yōu)異性能，且質(zhì)輕高韌，易于加工，其應(yīng)用范圍幾乎涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。
1、汽車工業(yè)
碳纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)，這主要是因?yàn)樯鲜霾牧系哪陀托?、耐磨性和抗蠕變性極佳，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬材料時(shí)具有重量輕的優(yōu)勢(shì)。包括PA66 在內(nèi)的多種工程塑料被碳纖維增強(qiáng)后正逐漸取代早先汽車用金屬壓鑄構(gòu)件，如燃料箱等。在美國(guó)、西歐和日本，尼龍幾乎用于汽車的所有部位，如發(fā)動(dòng)機(jī)部位、電氣部位和車體部位。碳纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料具有較強(qiáng)的耐疲勞能力，這種特性使其應(yīng)用于汽車內(nèi)燃機(jī)同步驅(qū)動(dòng)齒輪的制造。德國(guó)重型柴油機(jī)就使用了這種材料制造齒輪、管接頭等零件。
2、國(guó)防工業(yè)
美國(guó)印第安納公司開(kāi)發(fā)了含碳纖維40%的PA66復(fù)合材料，其性能超過(guò)目前使用的其它高強(qiáng)度材料。這種材料可代替金屬，主要用于國(guó)防與宇航領(lǐng)域。美國(guó)MX導(dǎo)彈使用40%碳纖維增強(qiáng)PA66代替鋁合金制造導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)部件。英國(guó)亨廷公司開(kāi)發(fā)的火箭筒的筒體大部分為碳纖維增強(qiáng)尼龍制造，兩節(jié)型的發(fā)射筒用長(zhǎng)纖維卷繞法制造，箭彈彈尾也由上述材料制成。
3、航空航天
美國(guó)比奇飛機(jī)公司研制的雙發(fā)小型公務(wù)機(jī)，其主機(jī)翼、鴨翼、穩(wěn)定翼、短艙等70%的部分使用了碳纖維增強(qiáng)/環(huán)氧/尼龍材料，新材料比傳統(tǒng)的鋁材輕19%，這對(duì)提高速度、節(jié)省燃料極其有利。美國(guó)LNP公司使用碳纖維增強(qiáng)PA612制造波音757飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上的一些部件。他們用碳纖維加入量40%的PA612注射成型尺寸為20.32cm× 30.48cm、厚度為0.0381cm的發(fā)動(dòng)機(jī)氣窗部件，有效使用期達(dá)20年以上，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和長(zhǎng)效性。目前，波音公司正在用其制造民用飛機(jī)的機(jī)艙。
4、文體用品
日本Osaka公司計(jì)劃使用反應(yīng)式注射方式生產(chǎn)尼龍/長(zhǎng)碳纖維復(fù)合材料以滿足生產(chǎn)文體用品的要求。具體做法是：先使尼龍單體與預(yù)先放置的連續(xù)纖維進(jìn)行混合，注射成型時(shí)再引發(fā)聚合使其成型。此方式適用于制造薄壁型產(chǎn)品。該公司計(jì)劃使用其制造網(wǎng)球拍和高爾夫球棒，也可用其制造頭盔、汽車防撞杠和機(jī)器人手臂等。


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