热塑性复合材料的特点和增强材料

近年来，以热塑性树脂为基体的纤维增强热塑性复合材料发展迅猛，加上对复合材料回收再利用的要求，在世界范围内正掀起一股研究开发此类高性能复合材料的高潮。热塑性复合材料是指以热塑性聚合物例如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯树脂、聚碳酸树脂、聚甲醛树脂、聚醚酮类、热塑性聚酰亚胺、聚苯硫醚等为基体，以各种连续/不连续纤维（如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等）为增强材料而制成的复合材料。

下面简介一些热塑性复合材料的特点：

1.比强度高

热塑性复合材料的密度较低，仅为钢材的1/7-1/4，铝合金的2/5.另外，热塑性复合材料的力学强度一般低于以上材料，但由于其密度较低，因而热塑性树脂复合材料具有较高的比强度，能够用较小的单位质量承受更高的外加应力。

2.性能可设计性强

热塑性复合材料的力学性能、物理性能和化学性能都可以通过合理选择原材料种类、配比以及适当的加工方法进行设计。由于热塑性树脂复合材料的基体材料种类比热固性复合材料多很多，因此，选材设计自由度也要大很多。

3.热学性能优异

由于引入了无机填料，热塑性复合材料具有优异的热学性能，一般热塑性复合材料的使用温度在50-100℃，用玻璃纤维增强后，可提高到120-150℃以上，高性能热塑复合材料的长期使用温度可达到250℃以上。热塑性复合材料的线膨胀系数比未增强的低，从而能够降低制品成型过程中的收缩率，提高制品的尺寸精度。

4.耐化学腐蚀能力强

热塑性复合材料和他们的基体一般都会有抗化学腐蚀性的优点。

5.优异的抗疲劳性能

热塑性复合材料内部存在大量的界面，使用过程中即使过载而造成少量纤维断裂，一方面，热塑性复合材料基体具有一定的阻碍裂纹扩展能力，从而在短期内不会使构件丧失承载能力。

6.可回收性

热塑性复合材料具有遇热可熔融的特点，这种复合材料可以重复加工成型，这样对环境起到了保护作用。东丽复合材料公司介绍了全球首个由完全回收的碳纤维增强复合材料制造的旋翼机检修面板成功用于飞机，而且收费获得了成功。这是回收而来的碳纤维增强塑性复合材料再次投入使用的成功案例。

增强材料：

热塑性复合材料性能不仅取决于树脂、增强纤维的性能，还与纤维的增强方式密切相关，热塑性复合材料的纤维增强方式有短纤维增强、长纤维增强和连续纤维增强3种基本形式。

1.短纤维增强

通常，短纤维增强的纤维长度为0.2-0.6mm，短纤维增强的塑料一般将纤维混合到熔融热塑性塑料中制造，短纤维复合材料倾向于通过挤压方式或模塑方式形成最终部件。

2.长纤维增强

通常，长纤维增强复合材料的纤维长度一般约20mm，采用连续纤维浸润树脂后切割成一定的长度后制备，一般使用的工艺是拉挤成型工艺，过程中模具加热和加压熔化树脂材料，并使其在纤维周围流动，确保适当的润湿，完成后将充分混合的纤维冷却，最后切割成所需的长度。

3.连续纤维增强

长度从几米到几千米不等，连续纤维复合材料一般主要提供层压板、预浸带或编织物等。通过用所需的热塑性基体浸渍连续纤维形成。纤维长度对复合材料的性能影响很大，基本上是纤维长度越长，越有利于材料性能的提高。