新千年后，关于各种新式复合资料的研讨和探究取得了必定的成果，比如当下较为抢手的玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维复合资料等，而本人行将谈论就是誉有“黑色黄金”之称的碳纤维及复合资料。碳纤维早在百年之前就已经出现，随着逐步开发，逐步使用于运动器材和F1赛车上，现在较为主流的是热固性碳纤维复合资料，热固性树脂包含环氧树脂、酚醛树脂和双马来酰胺树脂等。

热塑性碳纤维复合资料更符合航空航天范畴运用要求

随着对碳纤维和多种塑料的研讨日益加深，发现特种塑料作为基体，搭配碳纤维这样的组合，能够更好的发挥出碳纤维自身的高强功能，一旦接连碳纤维增强热塑性复合资料能够大批量制备，那整个工业职业都获益，而比如航空航天、医疗等高端产业也会得到极大的发展助力。现在碳纤维环氧树脂复合资料的高强度、低蠕变、高模量、低成本等优势证明适用于航空航天范畴，但其存在的缺点也十分显着，如脆性大、易分裂、吸湿率高等，存在的必定的使用风险。对此，热塑性基体资料的参加，能够补全功能上的缺陷，为碳纤维复合资料带来新的可能。

高功能特种塑料很很多，如聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮酮（PEKK）、聚醚酮醚酮酮（PEKEKK）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚苯硫醚（PPS）、聚酰胺（PA）等，这些热塑性基体树脂能够为碳纤维供给更好的物理结构和化学功能。以聚醚醚酮（PEEK）为例，它的玻璃化温度（Tg）约为150℃，熔点约为370℃，能够大幅提高碳纤维复合资料的耐高温才干，并且能够更好的接连碳纤维自身的特性，坚持较好的强度、耐性、耐化学和溶剂特性，还具备较好的热稳定性、阻燃性和低介电常数，是未来航空航天范畴十分需求的高功能资料之一。

航空航天用热塑性碳纤维与热固性碳纤维的功能对比

有科研团队就针对航空航天用热固性和热塑性碳纤维复合资料做了较为深入的研讨，将碳纤维增强聚醚酮复合资料与碳纤维增强环氧树脂复合资料进行比较。

1、碳纤维增强聚醚酮板：采用60%碳纤维和40%聚醚酮（PEK）的复合资料堆积层压板，先将10层双向碳纤维放置在11层聚醚酮（PEK）之间，顶部和底部均为聚醚酮（PEK）薄膜，堆叠的CF/PEK在10Bar压力下以410℃的压板温度限制30分钟。

2、碳纤维环氧树脂板：采用LY556环氧树脂基质资料增强的双向碳织物，在室温下参加HY951固化硬化剂，环氧树脂与固化剂按100：12的份额混合，坚持碳纤维增强率坚持在60wt%，运用10层织物取得约3毫米厚的碳纤维环氧树脂层压板。

3、测验方向：对以上2种碳纤维板进行机械功能方面的测验，包含拉伸实验、硬度测验和开裂耐性测验；一起对这两种碳纤维板进行热功能方面的测验，包含差示扫描量热法和极限氧指数的测验。

4、功能测验结果显现：

A、拉升强度和模量：碳纤维增强聚醚酮复合资料的均匀拉伸强度和模量分别为425MPa和7.8GPa,碳纤维环氧树脂复合资料的均匀拉伸强度分别为311MPa和5.2GPa,碳纤维增强聚醚酮复合资料的开裂伸长率为9.43%，碳纤维环氧树脂复合资料的开裂伸长率为11.32%。

B、硬度：当基体中参加碳纤维时，复合资料的全体硬度增加，标明填料资料将增强抗塑性变形的才干，数据显现聚醚酮的硬度值为87，环氧树脂的硬度值为85，对应复合资料的硬度值分别为94和89，相差不是特别显着。

C、开裂耐性：因为环氧树脂的脆性，碳纤维环氧树脂复合资料的开裂耐性随着基体耐性的下降而下降，而聚醚酮基体具有较好的耐性，碳纤维增强聚醚酮复合资料的耐性体现更好。在核算开裂耐性时所考虑的载荷是SENB实验中开裂前资料所能接受的最大载荷，其间应力强度因子（Kic)越高，对应的耐性也越高。结果显现碳纤维增强聚醚酮复合资料的Kic为13.71MPa√m,碳纤维环氧树脂复合资料K的ic为11.53MPa√m,前者体现更好。

D、加热和冷却温度变化：采用DSC方法研讨了聚合物复合资料在加热和冷却范围内的热转变。比较了基体的熔化温度和结晶温度，显现了样品资料的熔化温度（Tm）、结晶温度（Tc）和玻璃化转变温度（Tg）。

E、极限氧指数：样品的极限氧指数测验标明，当两种基体资猜中融入碳纤维时，极限氧指数会有显着的提高。数据显现环氧树脂和聚醚酮的极限氧指数分别为25和35，对应的碳纤维复合资料的极限氧指数分别为47和32，碳纤维增强聚醚酮复合资料显着更好。

经过测验，研讨人员发现以聚醚酮为基体的热塑性碳纤维复合资料，在各项功能上的体现都优于以环氧树脂为基体的热固性碳纤维复合资料，数据上的巨大差异标示了热固性与热塑性碳纤维复合资料在功能上的不同，也更能说明热塑性碳纤维复合资料未来的使用空间还很大，与航空航天等尖端范畴愈加符合。

那为什么热塑性碳纤维复合资料的普及程度远不及热固性碳纤维复合资料呢？这就和两者的制备工艺有极大的关联了。热塑性碳纤维复合资料的加工温度高倒是其次，熔融状态的热塑性树脂很难充沛滋润碳纤维丝束，假如这个环节不能到达完美的效果，加工出来的热塑性碳纤维复合资料在机械功能上甚至不如当下主流的热固性碳纤维复合资料。

过去的几十年，国内外多个企业和组织都在想办法处理这个问题，只要少量几家在这方面有所成效，智上新资料潜心研讨长达10年，总算制备出滋润效果较好的接连碳纤维增强热塑性复合资料，其间运用的热塑性基体包含较为抢手的聚醚醚酮等几种。热塑性碳纤维复合资料的使用潜力巨大，只要踏实付出，才干有所收成。