隨著高性能熱塑性樹脂的發(fā)展，如聚苯硫醚(PPS)、聚芳醚酮(PEEK)等，熱塑性碳纖維復(fù)合材料逐漸成為航空航天、汽車工業(yè)以及其他高科技領(lǐng)域的重要材料。這些材料不僅具備優(yōu)異的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性，還具有良好的加工性和可回收性。然而，其在自然環(huán)境中的長期耐久性，尤其是對(duì)紫外線的抵抗能力，一直是研究的重點(diǎn)。本文將基于CF/PPS層壓板的數(shù)據(jù)，深入分析紫外線對(duì)連續(xù)碳纖維熱塑性復(fù)合材料性能的影響，討論這一領(lǐng)域的未來發(fā)展方向。
相較于傳統(tǒng)的熱固性復(fù)合材料，熱塑性碳纖維復(fù)合材料擁有更高的韌性和抗沖擊強(qiáng)度，使其在更廣泛的應(yīng)用中顯示出優(yōu)勢。特別是在高溫環(huán)境中，熱塑性樹脂表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性和可加工性。例如，PPS因其出色的耐化學(xué)性和熱穩(wěn)定性而被廣泛應(yīng)用。此外，PEEK和PEKK等材料則因其高強(qiáng)度和高模量特性，在航空航天領(lǐng)域受到青睞。
紫外線對(duì)CF/PPS層壓板性能的影響
自然環(huán)境中的紫外線是影響材料壽命的一個(gè)關(guān)鍵因素。對(duì)于熱塑性碳纖維復(fù)合材料而言，長時(shí)間暴露于紫外線下會(huì)導(dǎo)致材料發(fā)生光降解和熱降解。研究表明，這種降解過程主要通過鏈斷裂、氧化以及交聯(lián)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，最終導(dǎo)致材料物理結(jié)構(gòu)的變化和機(jī)械性能的下降。以下為試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：
差示掃描量熱法(DSC)測試：未經(jīng)紫外線照射的CF/PPS層壓板的結(jié)晶度在30~34%之間。在經(jīng)過不同時(shí)間長度的紫外線照射后，CF/PPS層壓板的結(jié)晶度如上圖分別為：
120小時(shí)：35.8%
240小時(shí)：39.3%
360小時(shí)：42.9%
480小時(shí)：37.7%
這表明，在短期內(nèi)紫外線照射能夠增加材料的結(jié)晶度，但隨著時(shí)間延長，結(jié)晶度有所下降。個(gè)人分析應(yīng)該是紫外線長期照射導(dǎo)致內(nèi)部分子鏈斷裂進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)品性能下降的表現(xiàn)。
動(dòng)態(tài)力學(xué)分析(DMA)測試：采用DMA分析CF/PPS層壓板的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。未經(jīng)紫外線照射的CF/PPS層壓板的Tg值為89.32℃。
在不同時(shí)間長度的紫外線照射下，Tg值變化如上圖，具體數(shù)值如下：
120小時(shí)：92.11℃
240小時(shí)：92.66℃
360小時(shí)：84.04℃
480小時(shí)：81.94℃
結(jié)果顯示，紫外線照射初期提高了玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，但隨著照射時(shí)間延長，Tg值顯著降低，反映出材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。
拉伸試驗(yàn)測試：未經(jīng)紫外線照射的CF/PPS層壓板在0°方向的抗拉強(qiáng)度為580.06MPa。
經(jīng)過不同時(shí)間長度的紫外線照射后，抗拉強(qiáng)度變化如上圖所示，數(shù)據(jù)如下：
120小時(shí)：644.26MPa
240小時(shí)：703.05MPa
360小時(shí)：654.23MPa
480小時(shí)：604.013MPa
雖然短時(shí)間內(nèi)紫外線照射提高了材料的抗拉強(qiáng)度，但長時(shí)間照射導(dǎo)致強(qiáng)度顯著下降，也應(yīng)該是光氧化降解導(dǎo)致的分子鏈斷裂。側(cè)面反應(yīng)了光降解機(jī)制的存在。
從數(shù)據(jù)上看，紫外線對(duì)連續(xù)碳纖維熱塑性復(fù)合材料的性能有著復(fù)雜且深遠(yuǎn)的影響。雖然短期內(nèi)某些性能指標(biāo)可能得到改善，但從長遠(yuǎn)來看，紫外線的負(fù)面影響更為顯著。因此，在設(shè)計(jì)和應(yīng)用這類材料時(shí)，必須充分考慮其在實(shí)際使用環(huán)境中的耐久性問題。需要通過深入研究紫外線對(duì)材料性能的影響，并結(jié)合先進(jìn)的制備技術(shù)，才會(huì)使得該產(chǎn)品能夠具備更好的市場競爭力。威盛新材料就是國內(nèi)熱塑性碳纖維制品研發(fā)企業(yè)，解決產(chǎn)品的實(shí)際落地方案服務(wù)商，不僅致力于提高材料的耐候性和機(jī)械性能，還在探索如何通過改進(jìn)生產(chǎn)工藝來降低成本，使產(chǎn)品更具市場競爭力。例如，通過優(yōu)化樹脂配方和制造工藝，威盛新材料成功提升了CF/PPS層壓板的紫外線防護(hù)能力，為實(shí)際應(yīng)用提供了有力支持。
