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碳纤维增强PPS编织复合材料板性能的影响因素

2020-11-12 15:394070
 PPS聚苯硫醚材料在耐热、阻燃、介电、耐化学腐蚀及尺寸稳定等方面性能突出,但其脆性大、耐冲击强度低,以碳纤维作为增强体,能有效改善其力学性能和韧性。为了更好地满足高端领域对先进复合材料的应用需求,无锡智上新材通过自主研发的连续碳纤维增强PPS编织复合材料板制造技术,成功地打破了原有的技术壁垒,为碳纤维热塑性材料的应用提供了新方案。
  热塑性树脂普遍表现为熔体粘度大,这使得树脂基体与增强纤维之间很难达到充分的浸润,无锡智上新材采用粉末浸渍法制备CF/PPS编织复合材料,然后通过模压成型制备出连续碳纤维增强聚苯硫醚复合板材。在此过程中,除了选用的碳纤维及聚苯硫醚原材料的型号和质量外,铺层层数、热压温度、热压时间、树脂含量这些工艺参数也会对复合板材的力学性能产生显著影响。
  编织碳纤维复合材料板
  影响编织复合材料板性能质量的因素:
  (1)铺层:采用模压方式制备碳纤维增强PPS编织板材时,要依据模具尺寸来制定相应的铺层厚度,即,在模具厚度范围内进行有效铺层。在模具特定厚度中,随着铺层层数增多板材孔隙率会变小,但是铺层数量超过合理数值后又会产生多余压力导致树脂流失,使碳纤维无法被完全浸润,从而影响到层压板的整体力学性能表现,如何保持合理的厚度需要精确的计算以及足够的生产经验进行判断。
  (2)热压:热压温度升高会导致树脂粘度降低,使得树脂更容易浸润碳纤维。但是当温度超过330℃后,PPS会发生交联,适当的交联能够改善板材的力学性能,过度交联会使PPS 变硬、变脆,从而降低板材的拉伸强度。相反,粘度过大又会阻碍其对碳纤维的充分浸润。
  (3)树脂含量:在编织碳纤维增强PPS复合材料板的制作中,树脂含量必须保持在一个较合适的区间内,足够多的聚苯硫醚树脂才能充分浸润碳纤维,使层与层之间紧密结合。一旦树脂含量过多又会阻碍载荷的传递,降低层压板的力学性能。因此,无锡智上新材通过大量生产实践总结出科学的树脂/碳纤维质量比,以此保证复合材料板材表现出佳的拉伸强度和弯曲强度。
  编织碳纤维复合材料板
  对编织复合材料板性能质量的判断:
  可以通过断裂实验和拉伸实验对碳纤维增强PPS编织复合材料板材进行初步的性能检测。无锡智上新材认为,如果断裂实验并没有使碳纤维从树脂基体中剥离并产生缝隙,发现树脂是完全、均匀地将碳纤维包覆,基本没有裸露的碳纤维,这就说明基体和增强体之间具备良好的界面粘结;如果板材断面处碳纤维表面十分光滑,几乎没有粘附残余树脂,同时存在大量缝隙,这就说明浸润失败;如果在断面处发现大部分的碳纤维被树脂包覆,但仍有部分碳纤维裸露,这就说明树脂对碳纤维的浸润效果不是很理想,这两种情况都会使碳纤维增强PPS编织板材的性能大打折扣。
  经过拉伸试验后,如果能在板材断面处观察到大部分碳纤维表面粘附着树脂,且没有出现树脂富集现象,层与层之间结合紧密,无明显分层,这表明树脂对碳纤维浸润较好;如果发现部分碳纤维被拔出,层间分离,且大部分碳纤维表面只有很少的树脂,则说明浸渍效果较差。与之相反,如果碳纤维均被树脂包覆,但是存在树脂富集现象,断口显得参差不齐,这样的界面也无法有效地传递载荷,同样,这种复合材料板材的性能也是不合格的。
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