連續碳纖維增強PA6高性能復合材料的制備

薛采智

摘? ?要：本文主要從連續碳纖維在制備PA6高性能復合材料的優勢分析入手，闡明了連續碳纖維的積極性，并著重介紹了制備工藝和成型工藝環節，其中前者主要包含浸潤工藝、纖維混合工藝、粉末混合工藝以及薄膜層疊工藝方面，而后者則主要包含注射成型方法、拉擠成型方法以及熱壓成型方法方面，為有效提升PA6高性能復合材料的制備水平，提供一定借鑒和參考。

關鍵詞：連續碳纖維? PA6? 高性能? 復合材料? 制備

中圖分類號：TQ327. 3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）03（a）-0106-02

熱塑性樹脂基復合材料在近些年來廣受人們關注，由于其成型快、可回收、韌性高的優勢，可以產生較大經濟潛在效益和社會效益，應用領域越來越廣泛。以往PA6材料制備過程中，研究工作主要集中在了碳纖維對于增強PA6基熱塑性復合材料中的長纖和短纖增強材料方面，但是相較于連續碳纖維增強材料來說，碳纖維的體積分數較小、力學性能也較低，為提升PA6復合材料的總體性能，可以嘗試使用連續碳纖維增強材料。

1? 制備優勢

碳纖維本身屬于高分子材料，在物理化學性能方面均十分良好，如輕質、耐酸堿腐蝕、高強度等方面，因而在制備復合材料的過程中經常會使用到碳纖維作為增強樹脂基體。熱塑性樹脂被廣泛應用在當前多個生產領域中，能夠有效增強生產和制作效果，提升產品質量。但是當前實際制備熱塑性材料時容易受到多種因素的制約，主要集中在了成本較高、制備工藝不夠成熟科學等方面。積極探索PA6的制備工藝具有較高現實意義。PA6作為一種熱塑性樹脂，擁有著突出的總體性能，尤其是加工性能十分良好，可以被有效應用在航空航天領域和汽車工業領域[1]。單純使用碳纖維開展PA6制備工作，無法滿足PA6的高性能需求，通過使用連續碳纖維，使其和PA6保持著較強的融合度，將能夠有效發揮兩者的優勢特征，促進汽車輕量化領域設計工作的穩步開展。PA6本身的熔融指數很低，可以有效支持多個領域生產活動的實施。

2? 制備工作

想要積極制備出PA6高性能復合材料，需要注重使用到合理有效的材料作為支撐，很多制品中使用碳纖維無法達到連續效果，所制備出的復合材料本身不符合相關要求，使用連續碳纖維將可以起到良好效果。

2.1 浸潤工藝

開展PA6高性能復合材料制備活動的過程中，需要考量到樹脂有效浸漬碳纖維的問題，特別是樹脂本身的熔融指數較低。結合具體制備要求，選擇到合理有效的浸潤工藝，可以支持連續碳纖維和樹脂之間的良好反應。常用到的浸潤工藝包含：

2.1.1 纖維混合工藝

纖維混合方式在制備PA6高性能復合材料方面發揮著積極作用，具體應用過程中，首先，借助于紡絲設備，紡織出熱塑性樹脂纖維絲束，這些纖維絲束需要具備較高的均勻性效果;其次，按照制備實驗事先要求的混合比例，將纖維絲束和連續碳纖維加以均勻混合，這其中主要使用到編織的方式;由此可以得到混合纖維布或者混合纖維絲束[2]。

2.1.2 粉末混合工藝

這一方式實際應用環節，首先要將熱塑性樹脂粉末均勻覆蓋在連續碳纖維表層上;其次，在高溫環境下放置經過處理的連續碳纖維，促進連續碳纖維受到樹脂粉末的有效熔化和浸漬。粉末混合工藝的良好應用，需要事先做好充分的浸潤工作，也就是通過使用靜電流化床工藝和懸浮液工藝，實現粉末預浸目標。為提升這項工藝的總體實施水平，一方面要注重使用專業化方式，使得緊密狀態下的碳纖維束可以最大程度上得到分散，使其轉變為疏松甚至單根的狀態;另一方面要注意到當樹脂粉末的顆粒越小，其附著在碳纖維上的幾率也就越大，因而在實際使用樹脂粉末時，要盡可能選取到直徑較小的粉末基體。

2.1.3 薄膜層疊工藝

薄膜層疊工藝在實際制備PA6高性能復合材料過程中發揮著顯著優勢，主要是因為這一工藝擁有著十分簡便的操作環節、成本較為低廉，在面對結構不復雜的板材外形負荷材料方面也起到積極效果。應用薄膜層疊工藝過程中，首先要開展逐層交替鋪設工作，這是針對事先準備好的熱塑性樹脂薄膜和連續碳纖維布進行的，使其達到預計好的厚度要求;其次，需要開展加熱加壓工作，這其中要借助于熱壓機作用，處理好中已經鋪疊好的材料，在高溫和高壓下，將可以促進連續碳纖維得到良好的熔化和浸潤。薄膜層疊方法的應用關鍵在于合理把控好溫度和壓力[3]。如果使用的壓力過高，會容易壓緊碳纖維絲束，從而碳纖維之間會十分密實，沒有縫隙，在熔融狀態下的樹脂液體無法有效流入到碳纖維絲束之間，從而無法發揮浸潤作用。而如果薄膜層疊工藝應用的溫度過高，會導致樹脂產生焦糊的情況，反之，如果溫度過低，樹脂實際產生的浸潤效果會較差。

2.2 成型方式

在熱塑性樹脂復合材料制備過程中，成型速度較快是顯著特征之一。學界在研究PA6高性能復合材料成型方式方面，提出了以下幾個方法。

2.2.1 注射成型方法

在注射機中加入連續碳纖維和塑料混合粒料，有效使用螺桿，開展熔融塑化作業，從而將其噴射到模具之中，實施固定成型處理工作，由此可以得到制品。注射成型工藝應用中主要是包含了合模、添料、機器塑化、高壓注入、冷卻固化定型和開模頂出成品等環節[4]。為提升注射成型工藝的應用效果，需要注重做好細節處理工作，如熱處理和調濕處理好注射出的制品，促進制品本身的尺寸擁有較高穩定性，使得其內部的應力有所消減。熱處理環節的開展，是為了將已經凝結的分子鏈進行有效化解，使其轉變為無規律的狀態，從而可以有效增強結晶的構造穩定性，促進拉伸、斷裂、伸長的比例有所降低。

2.2.2 拉擠成型方法

在實際制備PA6高性能復合材料過程中，拉擠成型方式的應用十分成熟，其本質在于隨著溫度的變化，樹脂的形態也會產生變化，結合這一特征做好成型處理工作，可以達到良好效果。對于熱塑性樹脂來說，其擁有較小的熔融指數，在受到拉擠作業之后，拉動阻礙超過熱固性樹脂，從而實現成型[5]。

2.2.3 熱壓成型方法

對于PA6高性能復合材料的制備工藝來說，熱壓成型方法十分適宜，其成型速度較快，且自動化效果良好。在熱壓成型方法的支撐下，樹脂基體的熔點溫度和熱壓成型的溫度保持著合理性差距，減少熱塑性樹脂基體老化、焦糊。這一方法應用過程中，主要使用到了熱壓機，加熱和加壓材料，現階段能夠使用的設備有新型電磁感應加熱系統，可以支持高速模壓復合材料的制備[6]。

3? 結語

連續碳纖維在制備PA6高性能復合材料的過程中發揮著積極作用，實際制備環節中，要掌控好浸潤工藝、纖維混合工藝、粉末混合工藝以及薄膜層疊工藝的效果，而在成型方面則可以采用注射成型方法、拉擠成型方法以及熱壓成型方法。

參考文獻

[1] 董廣雨.連續碳纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的制備及工藝研究[D].北京化工大學，2018.

[2] 張豐.水性環氧上漿劑的制備及其在碳纖維增強PA6復合材料中的應用研究[D].廣東工業大學，2016.

[3] 李宏福，王淑范，孫海霞，等.連續碳纖維/尼龍6熱塑性復合材料的吸濕及力學性能[J].復合材料學報，2019， 36（1）：120-127.

[4] 徐英凱，朱姝，袁象愷，等.紡織結構碳纖維增強尼龍6（CFF/PA6）復合材料的模壓成型工藝[J].塑料工業，2015（7）：54-57，74.

[5] 李宏福，姚瑞娟，王會平，等.碳纖維/尼龍6預浸料的制備及盒體的熱沖壓成型工藝[J].復合材料學報，2019，36（1）：57-65.