前文中，智上新材料介紹了影響熱塑性CF/PPS復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的一些重要參數(shù)，而制備CF/PPS復(fù)合材料需要從這些參數(shù)著手優(yōu)化加工工藝流程。在制備CF/PPS復(fù)合材料時(shí)，不僅要考慮工藝難度的問題，還要顧忌生產(chǎn)成本的問題，熱塑性復(fù)合材料的原材料價(jià)格相對較高，而制備過程中還存在較多的損耗，如何在有限的成本控制下，制備出拉伸強(qiáng)度更好的CF/PPS復(fù)合材料呢？

　　制備熱塑性CF/PPS復(fù)合材料的成本高嗎？

　　雖然現(xiàn)在國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度飛快，產(chǎn)能上出現(xiàn)大幅的提升，但熱塑性碳纖維作為其中較為高端的存在，產(chǎn)能和需求的增長均相對緩慢，同時(shí)制備熱塑性CF/PPS復(fù)合材料的成本還保持在相對較高的階段。高成本主要涉及原材料、加工工藝、設(shè)備投入及技術(shù)復(fù)雜度等因素，可以從下面多個(gè)維度來理解。

　　1、原材料成本居高不下

　　高品級碳纖維價(jià)格昂貴：碳纖維是高性能復(fù)合材料的關(guān)鍵增強(qiáng)材料，尤其高品級碳纖維的市場價(jià)格居高不下，而且多家外企（日本東麗、日本帝人、德國西格里等）強(qiáng)勢壟斷，導(dǎo)致高品級碳纖維部分占據(jù)生產(chǎn)成本的40%~60%。

　　PPS樹脂成本：聚苯硫醚（PPS）屬于特種工程塑料，價(jià)格超過100元/千克，其耐高溫和耐化學(xué)腐蝕特性使其成為高端應(yīng)用的優(yōu)選基體，但也進(jìn)一步推高了整體成本。

　　表面處理和添加劑：為提高界面結(jié)合力，需對碳纖維進(jìn)行氧化、等離子等表面處理，或者使用硅烷偶聯(lián)劑等對表面進(jìn)行改性，這些步驟或工藝都增加了生產(chǎn)成本。

　　2、加工工藝復(fù)雜且設(shè)備投入較大

　　高溫高壓成型工藝：PPS的熔融溫度需達(dá)到280~350°C，加工過程中需精確控溫以避免樹脂降解，同時(shí)需持續(xù)高壓確保纖維充分浸潤，這要求設(shè)備具備耐高溫、高精度壓力控制系統(tǒng)，顯著增加了設(shè)備投資和能耗成本。

　　連續(xù)纖維浸漬技術(shù)：連續(xù)碳纖維預(yù)浸料的制備需采用熔融浸漬或溶液浸漬技術(shù)，設(shè)備投入大且工藝難度高（如熔融浸漬需專用模具和高壓設(shè)備），高溫浸潤的成功率相對較低，考慮到生產(chǎn)損耗，總體加工成本逐漸推高。

　　制備熱塑性CF/PPS復(fù)合材料，如何較大限度保留拉伸強(qiáng)度？

　　成本高臺(tái)在前，想要在此基礎(chǔ)上制備高質(zhì)量的熱塑性CF/PPS復(fù)合材料難度不小，如何較大限度的保留其拉伸強(qiáng)度等機(jī)械性能是亟待解決的問題。不妨從材料選擇、界面優(yōu)化、工藝控制及缺陷抑制等關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手，不斷優(yōu)化細(xì)節(jié)，提升整體生產(chǎn)能效。

　　1、纖維選擇與預(yù)處理

　　纖維類型與長度選擇：模壓成型時(shí)，可選擇高強(qiáng)度碳纖維（如T800、T1000），并盡量使用長纖維（≥5 mm）以提升應(yīng)力傳遞效率；而注塑成型時(shí)，可選用預(yù)切短切纖維（長度3~6 mm），但需控制加工剪切力以避免纖維斷裂。

　　纖維表面處理：通過氧化（如硝酸處理）、等離子體處理或化學(xué)接枝（如引入氨基、羧基官能團(tuán)）提高纖維表面活性，增強(qiáng)與PPS的化學(xué)鍵合；還可以使用與PPS相容的上漿劑（如含硫醚基團(tuán)的偶聯(lián)劑），避免傳統(tǒng)環(huán)氧類上漿劑與熱塑性基體的界面不匹配。

　　2、基體與界面優(yōu)化

　　PPS基體改性：添加少量增韌劑（如納米粒子）以提高基體韌性，減少裂紋擴(kuò)展，但需控制添加量以避免強(qiáng)度下降；還可以通過調(diào)控PPS分子量（高熔體黏度級）減少加工過程中纖維的沉降和團(tuán)聚。

　　界面增強(qiáng)技術(shù)：在纖維與基體間引入納米界面層（如碳納米管、石墨烯）或熱塑性相容劑（如馬來酸酐接枝PPS），提升界面機(jī)械互鎖和化學(xué)結(jié)合；還可以通過高溫預(yù)浸工藝（如熔融浸漬法）確保纖維與PPS的充分浸潤，減少界面缺陷。

　　3、成型工藝精細(xì)化控制

　　A、熔融加工參數(shù)優(yōu)化

　　溫度控制：PPS熔融溫度約280~320°C，需避免超過350°C以防止樹脂熱降解（可通過TGA監(jiān)測熱穩(wěn)定性）。

　　壓力與保壓時(shí)間：注塑或熱壓時(shí)施加高壓（>5 MPa）并延長保壓時(shí)間（>30 s），減少孔隙率（目標(biāo)<1%）。

　　剪切速率管理：降低注塑螺桿轉(zhuǎn)速（如<50 rpm）以減少纖維斷裂，必要時(shí)采用低剪切模具流道設(shè)計(jì)。

　　B、冷卻過程調(diào)控

　　采用梯度冷卻：先快速冷卻至PPS玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg≈90°C）以下，以鎖定纖維取向，再緩慢降溫以減少殘余應(yīng)力。

　　對結(jié)晶度敏感的應(yīng)用，可通過退火處理（120~140°C，1~2 h）優(yōu)化PPS結(jié)晶結(jié)構(gòu)，平衡強(qiáng)度與韌性。

　　4、缺陷抑制與質(zhì)量控制

　　孔隙率控制：真空輔助成型（如VARTM）或熱壓罐工藝可顯著降低孔隙率；對注塑件可結(jié)合超聲波振動(dòng)輔助排氣；另外再加工前對PPS顆粒和纖維進(jìn)行預(yù)干燥（120°C，4~6 h），避免水分揮發(fā)形成氣泡。

　　纖維分散與取向設(shè)計(jì)：采用機(jī)械攪拌或超聲分散技術(shù)確保纖維均勻分布，避免團(tuán)聚（可通過SEM或顯微CT驗(yàn)證）；還可以通過模具流道設(shè)計(jì)（如單向流道）或磁場輔助成型，調(diào)控纖維取向，使其沿主受力方向排列。

　　5、后處理與性能驗(yàn)證

　　后固化處理：在略低于PPS熔點(diǎn)的溫度（280~290°C）進(jìn)行短時(shí)（10~30 min）熱處理，消除內(nèi)應(yīng)力并促進(jìn)界面結(jié)合。

　　無損檢測與力學(xué)測試：使用超聲C掃描或X射線檢測內(nèi)部缺陷（孔隙、分層），通過拉伸試驗(yàn)（ASTM D3039）結(jié)合斷口形貌分析（SEM）評估界面失效模式，針對性優(yōu)化工藝。

　　智上新材料認(rèn)為，通過系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整，理論上可以最大限度的保留熱塑性CF/PPS復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度等性能指標(biāo)（通?？蛇_(dá)理論值的80%~90%），而將之投入到實(shí)際應(yīng)用后，還需要結(jié)合具體工藝、設(shè)備（如注塑機(jī)、熱壓罐）和制備需求（如高溫、動(dòng)態(tài)載荷）等進(jìn)行參數(shù)微調(diào)。多番試驗(yàn)、調(diào)整、再試驗(yàn)，找到契合生產(chǎn)的完整制備流程，不僅可以節(jié)約生產(chǎn)成本，而且可以提高產(chǎn)品良率。