【复材资讯】热固性和热塑性碳纤维增强复合材料有什么区别

来源：中国复合材料学会

复合材料顾名思义是指由两种或者两种以上独立组分材料经复合工艺制成的一种多组分材料，其中，分散相为增强体，连续相为基体。在复合材料中，各组分仍然保持原有性质，但它们之间相互取长补短，使其综合性能更加完善，构成新一代先进复合材料。增强纤维主要有碳纤维（CF）、硼纤维（BF)、凯芙拉纤维（KF)、碳化硅纤维（SF）和氧化铝纤维（AF）五大类，就综合性能而言，碳纤维位居五大增强纤维之首。

碳纤维复合材料的主体性能是高的比强度（强度/密度）和比模量（模量/密度），可以用来制造轻而强、薄而刚的结构件，如无人机、医疗床板、体育器材等。随着科学的进步和技术的发展以及市场的需求，要求碳纤维复合材料具备更多的功能特性，如耐磨性、电磁屏蔽性、耐热性等。为了适应各种领域的需求，碳纤维复合材料主要有碳纤维增强热固性树脂复合材料（CFRTS）、热塑性树脂复合材料（CFRTP)、碳纤维增强碳基复合材料（C/C）、碳纤维增强金属基复合材料（CFRM）、碳纤维增强陶瓷基复合材料（CFRC)和碳纤维增强橡胶复合材料（CFRR）等。

碳纤维增强树脂基复合材料所用基体树脂主要分为两大类，一类是热固性树脂（TS），另一类是热塑性树脂（TP)。热固性树脂由反应性低分子量预聚体或者带有活性基团高分子量聚合物组成；成型过程中，在固化剂或热作用下进行交联、缩聚，形成不溶不熔的交联体型结构。其中，具有代表性的热固性树脂是环氧树脂，活性环氧基与固化剂作用生成固态体型结构。热塑性树脂由线型高分子量聚合物组成，在一定条件下溶解和熔融，只发生物理变化，如通用热塑性树脂聚乙烯、尼龙等。当加热温度超过玻璃化温度Tg时，开始软化、熔融，利用这一特性进行深加工；高性能热塑性树脂如聚醚醚酮(PEEK)，耐热性好，成型工艺比较难，价格昂贵，一般用于航空航天与高端医疗。热固性树脂主要有环氧树脂、聚酰亚胺树脂(PI)、双马来聚酰亚胺树脂(BMI)、酚醛树脂以及不饱和聚酯等。其中，环氧树脂牌号多，用途广，是当前ACM所用基体树脂的主体。环氧树脂是一种具有环氧集团的低聚物，与固化剂作用是，可形成三维网络状结构的固体。它之所以能够得到广泛应用因其兼备很多优势。环氧树脂在化学结构方面具有活性环氧基、羟基和醚基等，具有强的粘接力，可将增强纤维牢固地粘接为一体，使其成为承载外力的整体；在碳纤维环氧树脂基复合材料固化的过程中可以生成三维网状结构，交联密度高，固化收缩率小（一般小于2%）；具有较高的强度、模量和较大的伸长，有利于提高ACM的力学性能；耐热抗寒，可在-50~180℃的温度范围内使用，热膨胀系数小，近乎为“0”；成型工艺好，技术成熟，并且耐酸碱盐等腐蚀。热固性碳纤维复合材料的缺点是耐候性、韧性差，产品一旦出现裂缝，几乎很难修复，重复利用率低。

为了使热固性树脂与热塑性树脂在性能上互补，建议采用以热固性树脂为主，热塑性树脂为辅的混合树脂基体制造韧性预浸料。一直以来，囿于制造技术和应用成本，热塑性碳纤维复合材料主要用在航空航天领域，仅有少数几种热塑性碳纤维复合材料在汽车制造领域有所应用。可以说，热塑性碳纤维复合材料并未得到真正的、深入的、大范围的应用，热塑性碳纤维复合材料要想同热固性碳纤维复合材料那样在轨道车辆、工业制造、智能机械以及医疗设备中取得广泛的应用，还需要相当长的时间。

文章来源：江苏博实碳纤维

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