耐腐蚀和耐热性碳纤维复合材料

碳纤维复合材料一直以比强度高、重量轻而著名,除此之外,这种先进复合材料的耐腐蚀性也颇具优势,其耐高温性能则受树脂基体影响较大,下面,本文将从碳纤维复合材料的耐腐蚀性和耐高温性能这两方面进行详细解析。

复合材料的耐腐蚀性主要是指在以下几种环境中的性能表现:一是在高湿度环境中的表现,如受到淡水或海水这类液体的浸泡;二是在化学介质,如酸、碱、盐、有机化学试剂这类环境中的表现;三是处于高温有氧环境下的表现。

在上述环境中,水份及其它介质会通过界面缝隙渗进复合材料与之发生一系列物理和化学作用,一方面使机体树脂发生溶胀,导致大分子结构间距增大;另一方面,水及其它液体介质渗入界面相的微裂纹内会使其扩展,从而在纤维与基体的界面上产生内应力,减弱纤维与基体间的粘结力,导致复合材料的强度和耐腐蚀性能下降。

而且,酸、碱、盐这类有机溶剂对复合材料的影响更快也更加明显,当化学介质向碳纤维复合材料内部进行渗透、扩散时,会发生溶降解及氧化等一系列的化学反应。这些化学反应不仅会对复合材料的性能有负面影响,还会引发表面的一系列变化,比如失去光泽、变色、起泡、裂纹、纤维裸露等。

对碳纤维复合材料而言,作为增强体的碳纤维、树脂基体和界面以及这三者之间的相互影响,决定了碳纤维复合材料的实际性能。碳纤维材料不仅强度大、重量轻,而且其化学稳定性好,除了硝酸这类强酸外,水和一般的化学介质对其影响较小,碳纤维增强的环氧树脂具有较高的交联度和大量的苯环、较高的热变形温度和较好的热稳定性,在260℃下仍然具有优良的耐溶剂性和耐碱性。

当然,除了自身性质外,复合材料应用的实际环境,包括工作温度、所受到的压力、所接触介质的性质和状态,以及在这样的工作环境中所处的时间等等,都会对碳纤维复合材料的性能表现产生直接影响。

那么,如何进一步提升碳纤维复合材料的耐腐蚀性呢?国内的碳纤维制品零部件商智上新材料通过改进工艺方法,提升基体固化程度,在加压固化过程中尽量减少微裂纹和空隙这类工艺缺陷,作好表面涂覆防水涂层,避免碳纤维端头的裸露等,这些都有助于实现碳纤维零部件的实际耐腐蚀性能。

那么,又如何进一步提升碳纤维复合材料的耐高温性呢?一般的复合材料在温度升高后首先是产生热膨胀和一定的内应力,当温度升高的幅度进一步加大时,复合材料的组分材料会逐渐发生软化、熔化、分解甚至燃烧等一系列变化,使复合材料的机械性能急剧降低。一般来说,碳纤维复合材料树脂基体的耐热性远远比不上增强体,所以碳纤维增强树脂基复合材料的耐热性主要取决于其聚合物基体的耐热性。

环氧树脂作为通用的热固性树脂,其加工性、成型性及耐热性都比较优异,一般环氧树脂的玻璃化温度为130℃-140℃,在自然环境中,热因素对其影响不大,但是在更高工作温度或者更潮湿,甚至是化学介质负面影响更大的情况下,碳纤维复合材料要想保持良好的性能稳定性,就要在树脂基体方面做出更好的选择。智上新材料根据实际应用需求以连续碳纤维为增强体,采用耐高温性能更好的高端热塑性树脂如PEEK、PPS、TPI、PA6等作为基体材料,通过树脂基体的升级,使碳纤维复合材料零部件在耐热、耐磨和耐腐蚀等方面的性能符合更高端的应用标准。

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