图1. 热塑复材测试金字塔

 

对热塑性基复合材料感兴趣的一个主要原因是它们的前景与典型的环氧树脂相比，其断裂韧性要高得多。树脂韧性的提高被认为是提高复合材料结构抗分层性和损伤容限的一种方法，并导致美国和欧洲的重点研究。

典型热固性材料的I型断裂韧性GIc值与热塑性材料的那些如图2.所示。正如预期的那样左侧显示为实心条的热固性材料（IM7/8552、AS4/3501-6、IM7/E7T1、IM7/977-2）明显低于中心显示的AS4/PEEK和其他右侧显示的热塑性复合材料（C/PPS、AS4-3K-PEI、T300-FIT PEEK、IM7/PEEK、AS4/PEKK、东丽TC1225 PAEK、T700G LM-PAEK）。可以观察到AS4/PEEK材料的显著变化。尽管存在差异，但所有热塑性复合材料的优异断裂韧性是显而易见的。这种变化可能是由于不同的供应商在几十年的时间里为AS4/PEEK提供了略有变化的化学配方和加工参数。

 

图2. 热固性和热塑性复合材料的I型断裂韧性。

 

优点：

• 更高的生产率（缩短周期时间）；
• 焊接接头具有完整的材料融合（无接口），比粘接接头认证简化；
• 焊接和/或共固化的自动装配可通过成组化降低装配成本；
• 通过重熔处理可以后成型、重新配置和回收；
• 更高的断裂韧性可提高耐久性、耐损伤性和抗微裂性；
• 良好的抗疲劳性；
• 基本上没有保质期限制（或超时问题）。室温存储节省了成本；
• 在湿热条件下性能更佳；
• 水解稳定性；低吸水性；
• 优异的防火、防烟和毒性（FST- fire, smoke, and toxicity）性能；
• 半结晶热塑性复材具有良好的耐化学性；
• 稳定的玻璃化转变温度（Tg），即使在热/湿条件下；
• 无毒性/危险化学品问题；
• 摩擦系数低；
• 高耐磨性；
• 排气量最小；污染质量损失低（环氧树脂质量损失的1/5）

缺点：

• 加工温度高和所需压力，更高成本的工具（经常加热的殷钢-Invar模具）→对小批量生产的经济性，具有挑战性；

• 较高的残余应力使尺寸公差更难实现；故障位置可能会偏离基于热固性复合材料（TSC-Thermoset Composites）的预期；

• 原材料成本略高；
• 技术准备水平(TRL-Technical Readiness Level)较低，尤其是OOA工艺，例如原位固结；
• 结构特性和化学性质电阻对结晶度很敏感（即冷却曲线）；无定形TPCs的耐化学性较低与半结晶TPC相比；
• 难以勾勒出高度弯曲的轮廓形状，在加工过程中需要热粘合铺放；
• 熔体粘度较高（纤维偏移较多→压缩强度较低），难以获得均匀纤维分布的良好浸渍效果（尽管自 2015 年以来材料质量有所提高）；
• 在零件寿命周期内，结晶度可能会发生变化。

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注：资料来自互联网。

杨超凡 2024.7.27