近30年內(nèi)，碳纖維復(fù)合材料對于國家軍用裝備和民用設(shè)備的貢獻(xiàn)并不為人數(shù)值，但世界先進(jìn)的J-20戰(zhàn)機(jī)，全球矚目的高鐵車廂等都有碳纖維復(fù)合材料的身影。隨著碳纖維技術(shù)的進(jìn)步，熱塑性碳纖維的出場頻次也漸漸高了起來。本文介紹的CF/PPS就是一種熱塑性碳纖維復(fù)合材料，它的耐高低溫性能和耐老化性都比較出色，那與主流的熱固性碳纖維相比，在強(qiáng)度和剛度上有所超越嗎？

    CF/PPS復(fù)合材料強(qiáng)度和剛度表現(xiàn)如何？

    抗拉強(qiáng)度和彈性模量通常被稱為強(qiáng)度和剛度，是衡量材料機(jī)械性能的2個核心參數(shù)。通過對兩者的數(shù)值比較，可以較為直觀的理解材料的性能優(yōu)劣。

    抗拉強(qiáng)度是用于測量材料在失效或斷裂之前可以承受的最大拉伸應(yīng)力。CF/PPS復(fù)合材料與其他材料相比具有較高的拉伸強(qiáng)度，通?？梢赃_(dá)到300MPa至1500MPa。

    彈性模量，又稱為楊氏模量，是材料剛度及其在施加應(yīng)力下變形能力的量度。CF/PPS復(fù)合材料具有較高的彈性模量，通常在大約50GPa到150GPa。

    以上提高的數(shù)值范圍并不是固定不變的，具體與復(fù)合材料的具體成分比例、制造工藝和所用材料的品質(zhì)都有關(guān)系。CF/PPS復(fù)合材料是由碳纖維和聚苯硫醚樹脂合成出來的，其中碳纖維的品級、形態(tài)，聚苯硫醚樹脂的種類，以及兩者在復(fù)合材料中的比例發(fā)生變化，最終復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛度同樣會發(fā)生變化。

    CF/PPS復(fù)合材料強(qiáng)度和剛度超越熱固性碳纖維了么？

    當(dāng)下主流的熱固性碳纖維復(fù)合材料中使用的樹脂有環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、雙來酰胺樹脂等，其強(qiáng)度和剛度的樹脂范圍是有高低偏差的。以環(huán)氧樹脂為例，它的拉伸強(qiáng)度范圍為約300MPa至3000MPa，彈性模量通常在大約100GPa到300GPa。

    如果只對比強(qiáng)度和剛度的樹脂范圍，可以發(fā)現(xiàn)CF/PPS復(fù)合材料并沒有比熱固性碳纖維更占優(yōu)勢，反而處于下風(fēng)。究其原因，一來與兩種樹脂自帶的強(qiáng)度和剛度有關(guān)，二來兩種樹脂浸潤碳纖維絲束的程度高低有關(guān)。

    熱塑性樹脂在高溫熔融狀態(tài)下的粘度很高，技術(shù)層面無法將熔融狀態(tài)的熱塑性樹脂均勻包裹每一根碳纖維單絲上充分浸潤，導(dǎo)致形成的復(fù)合材料性能分布不均勻，拉低了熱塑性碳纖維復(fù)合材料的整體強(qiáng)度和剛度。加上樹脂本身強(qiáng)度和剛度上限有偏差，最終呈現(xiàn)的效果就是CF/PPS復(fù)合材料反而比熱固性碳纖維更弱了。

    不過讓我們再回到熱塑性碳纖維復(fù)合材料被寄予厚望的初衷，在機(jī)械性能達(dá)標(biāo)的前提下，該型復(fù)合材料具有出色的可重復(fù)加工特性，同時利于大批量生產(chǎn)和制備，能夠提高碳纖維產(chǎn)業(yè)的規(guī)模和上限，同時完善碳纖維制品的回收和再利用。另外還有像CF/PEEK這樣的熱塑性碳纖維存在，它的強(qiáng)度和剛度是可以超越熱固性碳纖維的，因此從綜合角度考慮，熱塑性碳纖維更具有發(fā)展?jié)摿Α?/span>

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