【科普知识】连续碳纤维增强PA6单向板的性能与哪些因素相关

来源：中国复合材料学会

经过长达几十年的努力，热固性碳纤维复合材料已在国内外取得了较为广泛的应用，近几年来，我国也在大力支持碳纤维制造行业的发展，碳纤维国产化取得了令人瞩目的成绩。与此同时，热塑性碳纤维复合材料也逐渐浮出水面，但是因为热塑性碳纤维复合材料对制造技术和硬件设备都具有较高的要求，尤其是一些高端工程塑料在高温情况下黏性大、流动性差，浸透碳纤维存在难度，导致热塑性碳纤维复合材料，特别是以PI、PEEK、PPS、PEKK等热塑性树脂基体为代表的连续碳纤维复合材料的应用发展严重滞后。

为了助力碳纤维应用技术尽快追赶国际领先水平，无锡智上新材料科技在热固性碳纤维复合材料的基础上，结合国内外相关应用经验，通过近三年的实验和调整，成功打通了连续碳纤维增强热塑性复合材料预浸料的技术壁垒，并推出同系列热塑性树脂基体的碳纤维零部件产品。下文就是对连续性碳纤维增强PA6单向板的一些说明：

连续碳纤维增强PA6单向板的制备：

连续碳纤维增强PA6预浸带表面无黏性，所以铺设过程中采用人工铺层预成型后再进行模压制备层压板。将制备好的连续碳纤维增强PA6预浸带按0°方向铺层后放入模压模具，在真空热压机中，按升温-加压-保压-冷却工艺压制成型。成型压力一般在2.3MPa，成型温度在230℃-270℃之间比较适宜。

连续碳纤维增强PA6预浸带自身的优劣直接影响到单向板的性能，质量合格的连续碳纤维增强PA6预浸带表现为以下特征：PA6基体在碳纤维间分布较为均匀，预浸带内部孔隙较少，基体与纤维之间结合较好，外部载荷能通过基体有效传递至碳纤维。简言之，只有连续碳纤维增强PA6的预浸带具有较高的拉伸强度才能保证单向板的强度性能。

成型温度对连续碳纤维增强PA6单向板弯曲和拉伸性能的影响：

PA6的熔点是220℃，当成型温度较低时，PA6基体流动性差，导致对增强体碳纤维的浸润性差，容易发生分层，导致性能降低；当温度过高时，PA6基体则容易发生老化现象，性能也有所损失。

一般说来，240℃是一个重要的基点，随着成型温度的增加，拉伸强度先增加后下降。因为温度增加，PA6基体的黏度下降，基体对碳纤维的浸渍效果得到改善，载荷传递效果随之好转，拉伸强度也随之增加。当成型温度增加到270℃后，基体黏度还会进一步增大，但基体会因温度过高发生老化导致基体性能受损，引发连续碳纤维增强PA6单向板的拉伸性能出现下降趋势。

成型压力对连续碳纤维增强PA6单向板的拉伸性能影响：

成型压力对连续碳纤维增强PA6单向层压板的拉伸强度有明显的影响，3.5MPa的压力是一个峰值，在此峰值之前，拉伸强度与压力成正比，压力越大，拉伸强度越大，直到在3.5MPa时达到最大值，此时的拉伸强度为（1.40±0.032）GPa。当压力超过3.5MPa后，拉伸强度与压力成反比，压力越大，拉伸强度反而越小。

这是因为压力过低，PA6树脂基体就无法渗透到碳纤维丝束内；当压力过大时，容易造成PA6基体流动过快，无法和碳纤维形成足够黏附，对增强体的强度产生负面影响，从而影响到整体性能。连续碳纤维增强PA6单向层压板中基体含量保持在25%-30%之间时，单向板的性能表现比较理想。

除了上述因素外，无锡智上新材认为碳纤维及热塑性树脂自身的性能、工艺环节的优化以及复合材料界面处理技术等也都会对连续碳纤维增强PA6单向层压板的实际性能产生影响，在此过程中，除了需要对材料具有充分的认识，更重要的是实际的生产经验和科学的、系统化的摸索。

文章来源：新材发现

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